基于旋流的天然气超声速喷管分离特性

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1、石油学报(石油加工)2011年2月ACTAPETR0LEISIN1CA(PETROLEUMPROCESSINGSECTION)第27卷第1期文章编号：1001—8719(2011)01—015O一05基于旋流的天然气超声速喷管分离特性文闯，曹学文，张静，杨燕，张文敬(中国石油大学储运与建筑工程学院，山东青岛266555)摘要：采用数值模拟方法研究来流为旋流的拉伐尔喷管内的流场，考察了喷管的收缩比、收缩半角、喉部圆柱段长度和扩张半角对天然气超声速喷管旋流分离性能的影响。数值计算结果表明，增加喷管收缩比和收

2、缩半角可以提高喷管旋流分离性能。喷管喉部圆柱段长度对喷管旋流分离性能影响较小。当喷管扩张半角小于2。时，喷管旋流分离性能较差；扩张半角在2～6。时，喷管旋流分离性能较好；继续增加扩张半角，喷管旋流分离性能下降。关键词：旋流；超声速；拉伐尔喷管；分离性能；数值模拟中图分类号：TE868文献标识码：Adoi：10．3969／i．issn．1()()1—8719．2011．01．026SeparationCharacteristicsofSupersonicSwirlingFlowNozzleforNatur

3、aJGasWENChuang，CAOXuewen，ZHANGJing，YANGYan，ZHANGWenjing(CollegeofTransport&StorageandCivilEngineering，ChinaUniversityofPetroleum，Qingdao266555，China)Abstract：TheflowfieldoftheLava1nozzlewasnumericallysimulated，wheretheupstreamofthenozzlewasofswirlingflow

4、．Theeffectsofnozzlecontractionratio，convergenthalf—angle，lengthofthroatcylinderanddivergenthalfangleontheseparationperformanceofsupersonicswirlingflownozzlewereinvestigated．Thenumericalresultsshowedthatgoodseparationperformanceofthenozzlewasobtainedwithi

5、ncreasesofthenozzlecontractionratioandconvergenthalf～angle．Theinfluenceofthelengthofthroatcylinderontheseparationperformanceofsupersonicswirlingflownozzlewasverysmal1．Whenthedivergenthalf—anglewasattherangeof2。to6。。theseparationperformancewasnearlyperfec

6、twithlittlechange．Whenthedivergenthalf—anglewaslessthan2。ormorethan6。，theseparationperformancedeclined．Keywords：swirlingflow；supersonics；Lavalnozzle；separationperformance；numerica1simulation超声速旋流分离器是一种用于天然气脱水和重天然气中分离[4]。由此可见，拉伐尔喷管性能的烃分离的新装置L1]。在超声速旋流分离器中

7、，天好坏决定了超声速旋流分离器效率的高低，喷管性然气经旋流叶片产生旋流后进入拉伐尔喷管绝热膨能的研究是超声速旋流分离器设计开发的关键。目胀至超声速，形成低温低压。在喷管内温度急剧下前，对喷管性能的研究主要集中在来流比较稳定的降的过程中，天然气中的水和重烃达到过饱和状态轴流式喷管方面，对来流为旋流的拉伐尔喷管性能开始凝结，出现成核现象，随后液滴开始生长，形的研究还很少l_6。良好的天然气超声速旋流喷管成气一液混合物。同时，旋转的流体经喷管后切向速应该具有较好的气、液分离性能，而喷管性能在很度得到增加，在强

8、烈的旋流场作用下将水和重烃从大程度上取决于喷管收缩段、喉部和扩张段的设收稿日期：2009—11一O3基金项目：国家高技术研究发展计划“863”计划(2o07AA09Z301)和国家科技重大专项(2008ZX05017—004)资助第一作者：文闯，男，博士研究生，从事天然气加工与处理技术的研究通讯联系人：曹学文，男，教授，从事天然气加工与处理技术的研究；Tel：053286981223—88；E—mail：caoxw@upc．edu．el第1