毕业设计（论文）-超音速旋流分离器喷管的数值模拟

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1、西安石油大学本科毕业设计（论文）超音速旋流分离器喷管流场的数值模拟摘要：超音速旋流分离是天然气处理工艺的一大突破，超音速旋流分离器依靠喷管做等熵膨胀形成低温超音速流动，依靠声速翼形成旋流实现水及重烃的分离。为了实现流体的超音速流动，必须借助于收敛-扩张的拉法尔喷管，在收敛段流体速度将被提高到音速，在扩张段通过增大管径使流体继续加速，实现超音速流动。在流体流动过程中温度持续有所下降，足以使天然气中的饱和水凝结析出来，实现气液分离。因此，收敛-扩张喷管是实现天然气超声速流动的核心零件。利用计算流体力学（CFD）技术，采用流体力学分析软

2、件FLUENT，通过合理划分网格，依据CFD的基础理论与湍流模拟理论，确定合理的数学模型、边界条件，采用FLUENT中最精细的雷诺应力湍流模型，应用PC-SIMPLE算法，研究了超音速旋流分离器喷管内的流体物性及流场特性，分析了超音速旋流分离器喷管内的温度、压力、速度等特性参数的变化规律。关键词:天然气；超音速；喷管；数值模拟西安石油大学本科毕业设计（论文）NumericalSimulationofGasSupersonicNozzleAbstract:Supersonicsswirlingseparatorisamajorbre

3、akthroughinnaturalgasprocessingtechnology.Supersonicsswirledseparatorreliesonthenozzleexpansiontoformalowtemperatureandsupersonicflow,andreliesonthespeedofsoundvelocitywingtorealizetheseparationofwaterandheavyhydrocarbons.Inordertoachievethetransonicflowoffluid，thecon

4、vergent-divergentnozzleisadopted.Thevelocityoffluidwillbereachedtothespeedofsoundintheconvergentsection.Intheexpansionsegmentbyincreasingthediameter,thevelocitycontinuedacceleration,andrealizedtransonicflow.Temperaturecontinuedtodropinthefluidflowprocess,andintheendth

5、ischangedtemperatureisenoughtomakethesaturatedwaterinthegasoutandtoachievetheseparationofgasandwater.Therefore,theconvergent-divergentnozzleisthekeycomponentofrealizingthetrans-sonicflowofnaturalgas.Usingcomputationalfluiddynamics(CFD)technologyandfluiddynamicssoftwar

6、eFLUENT,andthroughthereasonablemesh,accordingtotheCFDtheoryandturbulencetheory,reasonablemathematicalmodelandboundaryconditionshavebeendetermined.UsingmostsophisticatedReynoldsstressturbulencemodelinFLUENTandapplyingPC-theSIMPLEalgorithm,thesupersonicswirlingseparator

7、nozzlefluidpropertiesandflowfieldcharacteristicsarestudied.Thetemperature,pressure,speedandotherparametersvariationofsupersonicswirlingseparatornozzleareanalyses.Keywords:NaturalGas；Supersonics；Nozzle；NumericalSimulation西安石油大学本科毕业设计（论文）目录1绪论11.1课题背景及其目的、意义11.2超声速旋流分离器

8、研究进展21.2.1超音速旋流分离技术结构21.2.2超音速旋流分离器的工作原理21.3论文的主要研究内容和研究方法31.3.1论文的主要研究内容31.3.2本论文研究方法42超音速旋流分离器数值模拟方法62.1引言62.2计算流体动力学(CFD)