免费论文：超音速旋流分离器的数值模拟研究

在天然气的集输和处理过程中，天然气中的水蒸气容易凝结成液态水。天然气中水分的存在，对于含有H2S、CO2等酸性物质的天然气会形成腐蚀性液体，造成管道和设备的腐蚀。此外，在一定的压力和温度下，天然气中的某些组分与液态水还会形成冰雪复合状的天然气水合物，严重时这些水合物能堵塞井筒、管线、阀门和设备，从而造成管道的阻塞，影响天然气的开采、集输和加工的正常运转。天然气脱水则是防止酸性物质和水合物形成的根本措施。与传统的低温分离工艺相比，超音速旋流分离技术是天然气处理工艺流程的一大革新，其大大简化了脱水系统，提高了系统的可靠性，降低了投资、运行费用和减轻了环境污染。开展相关的研究可以紧跟国外天然气脱水技术的前沿，彻底改变现有脱水技术的不足。本文对第二代超音速旋流分离器进行了较为系统深入的理论与数值模拟研究。对超音速旋流分离器的工作机理进行了理论分析，提出了漩涡发生器的设计方法。对不同叶型的漩涡发生器进行数值模拟研究，分析了各种漩涡发生器的特点。结果表明，采用圆弧叶片的漩涡发生器具有良好的性能。拉瓦尔喷管是超音速旋流分离器中的关键部件之一，喷管性能设计的优劣将直接影响到液滴在喷管扩张段中的形成和发展，所以喷管的设计对液滴的成长有很大影响。本文利用一维分析方法研究了旋流对拉瓦尔喷管流动的影响规律，并与三维数值模拟的结果进行了对比。结果表明，一维模型抓住了旋流喷管流动的关键影响因素，很好地反映了旋流喷管的流动特征。对有中心锥的超音速旋流分离器来说，若中心锥形状变化较大，且喷管喉道位置靠后，则亚音速区域将占据系统较大部分。在较小过冷度条件下，冷凝现象不易发生，且旋流离心力也不是足够大，此种超音速旋流分离器不是最优的设计。对有无中心锥的超音速旋流分离器的模拟发现，中心锥的主要作用是对旋流起稳定作用，所以有中心锥的超音速旋流分离器可以获得比无中心锥更好的旋流性能。

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