可调式超音速分离器旋流段的研究分析_崔少平.pdf

《可调式超音速分离器旋流段的研究分析_崔少平.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第45卷第5期化工技术与开发Vol.45No.52016年5月Technology&DevelopmentofChemicalIndustryMay.2016设备与自控可调式超音速分离器旋流段的研究分析121崔少平，曹　禺，梁斌智（1.西安石油大学机械工程学院，陕西西安710065；2.西安石油大学石油工程学院，陕西西安710065）摘要：超音速分离器一种高效、节能、低成本的新型天然气脱水净化装置，该技术是基于天然气在拉瓦尔喷管内绝热膨胀降温，然后经分离翼旋流，以分离天然气中的气相水和重烃组分。分离翼是分离器的关键部位，

2、其在旋流段的位置会对分离器内部流场产生重要影响。本文提出一种新的可调式旋流管设计，并利用数值模拟软件（FLUENT)模拟分离器内部的流动，对比3种不同位置分离器对超音速分离器内压力、温度、速度的影响，以便优化分离器设计，提高分离效率。关键词：分离翼位置；数值模拟；流场特性中图分类号：TE868文献标识码：A　　文章编号：1671-9905(2016)05-0057-031超音速分离器的原理转外部螺栓实现分离翼角度的调节，实验时调节外置的前后2个小螺栓对应一组螺纹孔来调节分离翼超音速气液分离器（图1）由拉瓦尔喷管、稳流的位

3、置。旋流管总长260mm，本例分别使2个外置管、含分离翼的旋流管、分离管和扩压管等构件组螺栓至于第一、三、五个螺纹孔。分离翼安装距旋流成。气流经过拉瓦尔喷管绝热膨胀到超音速，依据管入口40mm、80mm、120mm，分别记为front（前置）热力学定律，气体的压力和温度在该段内急剧下降。模型、middle（中置）模型及last（后置）模型。利用低温使天然气中的水分和重烃凝结，形成气液混合数值模拟来对比3种不同位置分离器对超音速分离物流，流经带有分离翼的旋流管，形成高速旋转气器内压力、温度、速度的影响。流。液滴甩向管壁，从

4、分离管下端排出，干气流进扩压管，将高速低压气流变为低速高压气流，实现气液分离。分离管Laval喷管+稳流管旋流管扩压管气流图2　旋流管结构3D模型半剖图Fig.23DHalfsectiongraphofthestructureofswirler液体图1　组合可调式超音速气液分离器的结构剖面图Fg.1Structureprofileofassembledadjustablesupersonicgas-liquidseparator2旋流段的设计为了研究不同位置分离翼对分离器内部流场特性的影响，设计了一种可调式旋流管（图2）

5、，沿轴线方向前后设计5个位置的螺纹孔。管的内外分别安图3　旋流管试验装配图装滑块，用螺栓将内外滑块与分离翼相连。通过旋Fig.3Experimentalassemblydrawingofswirler收稿日期：2016-03-0858化工技术与开发第45卷3数值计算从图5的压力状况对比分析可以看出，前置模型具有较好的流场特性，整体压力变化比较平稳，流3.1　物理模型和网格划分场均匀性较好。后置模型出现了负压，导致气流在在gambit中建立分离器简化三维模型，网格采进入旋流管段迅速回升，使旋流段内压力较高。过用分区划分法，

6、旋流段采用四面体非结构网格，其他高的压力使温度不能降下来，不能保证有效的分离。结构采用结构性六面体网格，连接面设置interface中置模型气流压力较平稳，但均匀性弱于前置模型。累类型。划分网格如图4所示。前置模型和中置模型在距分离器入口500mm和475mm处出现了压力突跃的现象，后置模型在距分离器入口340mm处出现了非常明显的压力突跃现象，造成该现象的原因可能是出现了激波。700600FrontMiddlelast500-1400图4超音速分离器网格划分图Fig4.MeshofSupersonicSeparator

7、3003.2　计算模型和边界条件200X-velocity/m·s模拟应用FLUENT软件，本例采用空气为工作100介质，视为理想气体。解算器选择耦合隐式求解器，0湍流模型选用RNGk-ε模型，进出口边界均采用压-100力边界条件，给出初始状态的温度和压力，及相应的湍流强度。本例入口压力为1MPa，温度为300K，湍-2000.300.350.400.450.500.550.60流黏性比为1，出口压力为0.2MPa，壁面采用无滑X图6轴向速度对比图移、无渗透、绝热边界。Fig.6Comparisonofvelocitya

8、longtheseparatoraxiswithdifferent3.3　计算结果与分析swirlerposition从图6的轴向速度对比分析可知，前置模型轴向为直观对比相应参数，取模型轴线上完整的旋流速度变化更为平缓，在旋流段可以保持较长超音速段以及部分的喷管扩张段与扩压段位置进行研究。流动，其流场的均匀性较好，在