旋流分离器用于天然气脱水的数值模拟研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com旋流分离器用于天然气脱水的数值模拟研究尹兆娟，z张新军倪玲英z刘小成韩月梅’(1．胜利工程设计咨询公司山东东营257026)(2．中国石油大学(华东)石油工程学院山东东营257061)【摘要】随着天然气工业的发展，天然气的净化处理备受关注。旋流分离器作为一种新型的净化处理装置，其结构简单、分离效率高、处理量大、经济效益好，成为气一液两相分离研究的新课题和新热点。文中用流体动力学软件F1uent对旋流分离器内部流场和液滴的运动状况进行了数值模拟研究，在模拟过程中，采用k—epsilon(2eqn)方程来模拟

2、气相旋流流动。模拟结果表明，旋流分离器内部流场呈旋转分布，分为内、外两个流场，在不同流动区域，气体压力场、速度场分布成规则变化；液滴的运动较为复杂，带有随机性；总体运动轨迹的形状与气相流场的分布趋于一致。【关键词】天然气脱水旋流分离流场模拟液滴迹线1前言运动部件、分离效率高和处理量大等一系列优点，广泛的应用于石天然气作为一种绿色洁净能油、化工、冶金、造纸、淀粉加工以及废水处理等行业。过去，旋流源，其开发和利用越来越受到人分离器的研究，主要集中在液一液、们的重视，天然气的净化处理技术逐渐成为国内外竞相研究的重气一固两相分离，其应用于天然气点和

3、热点。在天然气输运一【程中，净化处理，将会大幅度降低天然气净化投资，提高经济效益⋯是旋流水合物的产生导致水合物阻塞管道，直接影响输气管线的安全和分离技术用于气一液两相分离的一个新课题和一项新技术。整个管路的正常运行，天然气脱旋流分离器的结构比较简单，水是防止水合物产生的关键。针对目前天然气脱水技术现状，提但是内部的流型比较复杂。受实以深入的揭示旋流器内部流场的出了一种新型天然气气液分离装验条件限制，单纯通过实验研究，运动规律，可以检测到试验检测置一气一液旋流分离器。费用高且周期长。采用流体动力不到的“点”，有利于旋流器研发旋流分离器是一种高

4、效分离学软件Fluent数值模拟方法研究，过程的进展『21。装置，具有结构简单、设备紧凑、无不仅投资少，计算速度快，而且可2数值模型尹兆娟(1982一)女，中国石油大学(华东)石油工程油气井专业研究生，主要从事钻井采油研究。现在胜利设计咨询有限公计算采用的物理模型[，1结构如司研究生工作站实习。图1所示，入口边界设置为速度人口，速率为30m／s，溢流V1和底流口。J石油和化工设备，。09．。。学兔兔www.xuetutu.com+p—害都设置为压力出口。表压默认为、●，一、，●●，●／咝。生，一零，壁而假设为无滑移壁面边界，寺气体与其相对速

5、度为零，气相设为不可压缩气体。对气一液旋流分离器，在数值广。一a模拟过程中，南于气液比相对较大，液相非常稀疏，因此可以把内部气相作为连续相，液相作为离散¨¨相。离散相的体积分数一般小于10％，但其质量负荷可能远远大于10％，在边界设置过程中，模拟离散式中：t一时间，相的质量流率等于或大于连续相的质量流动。一速度矢量，数值模拟采用混合(MIXTURE)一j坐标分量，多相流模型及k一￡(2eqn)中的P一密度，RNG湍流模型，在旋流分离器中，旋流占优势，选择SwirlDominated一分子粘性系数，Flow模型f。P一修正压力，连续性方程一，

6、湍流粘性系数，要一：oaat(1)、c一经验常数，一动量方程、湍流普朗特数，G一平均速度梯度引起的湍出现负压。南图2可以看，在同动能产生项一截面处相同半径处的静压力大致相等，这说明轴向压力变化不其中，：p大。内旋流静压的分布在同一截面的相同半径处也相同，呈环状(2)分布，相对于外旋流，内旋流的静Gk一方程(+等]毒压较低。在轴截面上，静压力的分布如图3所示，分布大致呈现轴对称3流场模拟结果分析性，在外旋流中，压力分布的整体趋势是在两侧比较大，内测比较3．1静压力场模拟结果小，在内旋流部分，有负压出现。气一液旋流分离器内部流场总压沿轴向变化比

7、较小，由于强(3)分内旋流和外旋流两部分。外旋制涡的出现，总压分布云图出现￡一方程流，垂直于轴的横截面静压分布一定的摆动。如图2，分布性状比较规则，基本呈现轴对称性，在入口与溢流管3．2流场速度分布研究at+a．aII‘』al=鲁+]毒]的交界空间内存在偏差，但偏差气一液旋流器内部流场速度+c圭(+c，)-C2ePc2不大。静压由外向内递减，中心轴分布如图4所示。线附近静压较低，在溢流管内部气流沿着网柱壁面作圆周运(4)2o。。．。。。石油和化工设苗』学兔兔www.xuetutu.com广场进入排气管，还有部分液滴没有到达底部就进入内旋流，

8、通过旋转气流上升，直接进人排气芯管。4结论(1)进气口处静压较大，由外向内沿径向递减，中心轴线附近静压较低，甚至出现负压。(2)气一液旋流器的切向速度是多相分离的关键，它的总体变