超音速分离管的研发及其流动与传热传质特性的研究

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1、分类号：TKl23y8911引单位代码：10005学号：B200305021密级：公开北京工业大学博士学位论文题目超童速盆盔笪盥班基丛基速动量佳热佳厦挂性的堑塑英文并列题目坠基Y量坠Q￡丛曼丛!Q至曼卫￡星B曼Q盥!￡曼E￡△l坠!QB△盟卫S!卫坠￥Q至!!曼里LQ型△盟墅丛笪△!△盥墅M△曼墨至!圣叁盥曼至星B￡丛△坠￡!壁壁!曼!!￡墨研究生姓名专业导师姓名型堕焦垫篮王猩到虫基研究方向：强丝焦型!厦墓在直堑垫盔生的应旦职称：邋论文报告提交H期艘虹学位授哥H期——授予单位名称和地址jE塞工业盔堂jE重血到衄竖’E巫崮!业曼!QQQ21分离效果最

2、好。采用旋流器A时分离管可达到的最大露点降为22。c，缺点是其阻力特性较差；旋流器B、C的分离效果稍差，采用旋流器B、c时分离管可达到的最大露点降仅为18。c和16。c，但它们的阻力特性较好。此外，对超音速分离管内部流动过程进行了气体动力学分析，理论分析结果与实验结果在定性上是吻合的，说明理论模型是可行的，可以用来推断实际超音速分离管的工作性能，这为进一步改善超音速分离管的设计提供了理论基础。同时，理论分析认为，尚需要通过进一步的研究来改善超音速分离管的结构设计，从而改善超音速分离管的工作性能。建立了超音速分离管内二维稳态绝热流动的数学模型，对不同

3、几何尺寸的超音速分离管进行了分析计算。对现有湍流模型进行了较为系统地分析，在此基础上，忽略超音速分离管内部的相变过程，并选用雷诺应力输运方程(RsM模型)对超音速分离管内部流动进行了数值计算，计算结果与实验结果基本吻合，计算所得到的超音速分离管内部流动参数的变化规律与气体动力学分析的结论一致。并且，对不同几何尺寸的超音速分离管进行了分析计算，结果表明，Laval喷管渐缩段长度、渐扩段长度、扩压段长度，以及扩压段出口直径对超音速分离管内部流动特性影响不大；Laval喷管渐扩段出口直径以及分离段的长度对超音速分离管内部流动特性有重要影响，这为进行超音速

4、分离管的几何结构优化提供了理论依据。对超音速两相凝结流动的特点及水蒸汽状态方程、液滴表面张力、液滴密度和汽一液相间的平衡条件等因素进行了深入的分析，推导出了汽相服从维里方程、液滴表面张力是温度舜口液滴半径函数的经典成核率修正公式。经过修正的成核率公式采用维里方程计算气相的物性、采用Benson—shuttlewonll模型计算液滴的表面张力、采用与温度相关的液滴密度计算公式计算液滴的密度，从而使得该公式较经典成核率公式更加符合实际条件。对液滴生长的基本概念与数学模型进行了分析，并介绍了Gyamatlly液滴生长模型。建立了超音速分离管内超音速多组分

5、凝结流的物理数学模型并进行了数值计算，首次比较系统地探讨了超音速分离管内成核之后的多组分凝结气流如何向湿饱和状态转化、凝结过程中wilson点之后气流参数的变化规律，以及激波对流动特性的影响，并首次给出了定量计算结果。详细介绍了数值求解多组分超旨速两相凝结流动基本方程组的方法、计算程序框架以及计算程序的特点。将上述模型的计算结果与实验结果进行了对比，结果表明数学模型能够正确反映超音速两相凝结流场中流动参数的分布特征。采用多组分超音速两相凝结流动数值求解程序列实际的超音速分离管进行了计算，并且对训算结果的可靠性进行，分析，认为所采用的数学模型和数值计

6、算疗法是可靠的，计算结果正确反映r超音速分离管内部流动参数的变化规律。根据数值分析结论，对超音速分离管的设计提出了一砦有用的建议。关键词天然气：脱水；超音速：凝结流动AbstractDehydrationisaveryimportantprocessfornaturalgaspipelinetransportation，sinceitcanefrbctivelyprevemvariousproblemsingasfacilitiesThetraditionalnaturalgasdehydrationtechnolo画eshavemanyadVan

7、tages，suchasgooddehydrattonperformance．verylowdewpoInt，etc，buttherearealsomanydisadVantagessuchashugefacilities，}a唱einvestment，complexmechanicalworkandpotentialenVironmentalpollutionlnthispaper，anewtypeofdehydrationunitcalledsupersonicseparatorisIntroducedandatheoreticalandexp

8、erimentalstudyissystematicallycarriedoutThemajnworkisasfollow