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    新型超音速分離器內(nèi)非平衡凝結(jié)流動(dòng)數(shù)值研究

    2016-03-23 03:23:27韓中合趙豫晉李恒凡
    關(guān)鍵詞:數(shù)值模擬

    韓中合,趙豫晉,李恒凡

    (華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,河北 保定 071003)

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    新型超音速分離器內(nèi)非平衡凝結(jié)流動(dòng)數(shù)值研究

    韓中合,趙豫晉,李恒凡

    (華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,河北 保定 071003)

    摘要:針對(duì)實(shí)際開(kāi)采中高壓天然氣的含水問(wèn)題,結(jié)合動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)原理,設(shè)計(jì)了一套前置式超音速脫水裝置.采用UDF將液相控制方程和其他控制方程的源相編入FLUENT中,建立了含有自發(fā)凝結(jié)的三維雙組份流動(dòng)計(jì)算模型,研究了含濕天然氣在超音速分離器中的凝結(jié)過(guò)程,并分析了不同進(jìn)口條件對(duì)過(guò)冷度、成核位置、極限成核率等凝結(jié)參數(shù)的影響.結(jié)果表明:所建立三維數(shù)值模型能夠較好的揭示超音速分離管內(nèi)部凝結(jié)參數(shù)的分布規(guī)律;而且入口壓力和入口溫度對(duì)于特定結(jié)構(gòu)的分離管內(nèi)部的液滴成核及生長(zhǎng)過(guò)程有顯著影響,在工業(yè)應(yīng)用中,可以適當(dāng)考慮調(diào)整入口溫度和壓力來(lái)提高分離效率.

    關(guān)鍵詞:前置式超聲速分離器;自發(fā)凝結(jié);兩相流動(dòng);數(shù)值模擬

    井口直接開(kāi)采出來(lái)的天然氣中含有大量水和重組分,這些物質(zhì)在輸送過(guò)程中易發(fā)生凝結(jié),不僅會(huì)堵塞管道,降低整個(gè)管路的有效輸送能力,而且天然氣中的CO2和H2S溶于游離水會(huì)形成酸,對(duì)設(shè)備造成腐蝕.近年來(lái),在傳統(tǒng)脫水技術(shù)的基礎(chǔ)上,產(chǎn)生了一種更經(jīng)濟(jì)、更可靠的技術(shù)——超音速旋流脫水技術(shù)[1-4],該技術(shù)利用動(dòng)力學(xué)[5]和熱力學(xué)原理,把氣體高速膨脹冷凝與旋流分離相結(jié)合,從而實(shí)現(xiàn)了水蒸氣與重組分從天然氣中的分離.具有效率高、工藝簡(jiǎn)化、長(zhǎng)期可靠、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[6-8].在超音速分離過(guò)程中含有水蒸氣的凝結(jié)相變,因此,研究含有自發(fā)凝結(jié)的兩相流動(dòng)規(guī)律變得非常重要.目前,國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有一些學(xué)者對(duì)超聲速凝結(jié)特性[9-12]進(jìn)行了研究,但是大部分研究主要集中在以濕空氣為介質(zhì)的一、二維研究,并不能真實(shí)反映含濕天然氣的三維凝結(jié)規(guī)律;而且針對(duì)超音速凝結(jié)特性研究大部分并沒(méi)有考慮氣液兩相的傳質(zhì)傳熱,也缺乏相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,所以建立合適的數(shù)學(xué)模型對(duì)這個(gè)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬是有效的研究方法.

    在分析原有后置式脫水裝置不足的基礎(chǔ)上,對(duì)主要部件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),提出了一套滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)高壓條件下的新型前置式超音速旋流分離結(jié)構(gòu).通過(guò)UDF將表征水蒸氣凝結(jié)的液相方程和其他控制方程的源相加入到Fluent[13-14]中,建立了含有自發(fā)凝結(jié)的三維雙組份流動(dòng)計(jì)算模型[15],研究了含濕天然氣凝結(jié)過(guò)程中參數(shù)在分離管內(nèi)部的分布規(guī)律,還分析了不同進(jìn)口壓力與溫度對(duì)超音速自發(fā)凝結(jié)流動(dòng)的影響,為今后分離器效率的提高提供了理論參考.

    1工作原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    前置式超音速旋流脫水裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單(圖1),主要由旋流發(fā)生器、Laval噴管、擴(kuò)壓器等部件組成.旋流器位于裝置入口,高壓含濕氣流經(jīng)過(guò)旋流器后,受離心力的作用,將以一定的切向速度進(jìn)入Laval噴管,此時(shí)氣體軸向高速膨脹與切向旋流同時(shí)進(jìn)行;天然氣中的水蒸氣和重組分在低溫作用下凝析出來(lái),并被甩向裝置壁面,最終由液相出口排出,之后的擴(kuò)壓段使得脫掉水分的干氣的壓力和溫度得到一定的回升.相比于后置式旋流分離器,前置式旋流分離器不會(huì)因高速氣流與分離器葉片的碰撞而產(chǎn)生激波損失,這樣就避免了旋流激波對(duì)低溫低壓環(huán)境的破壞,與此同時(shí),氣體冷凝和氣液分離都集中在漸擴(kuò)噴管中,由此優(yōu)化了裝置的整體結(jié)構(gòu).

    按照現(xiàn)場(chǎng)壓力10 MPa,溫度300 K,開(kāi)采量200萬(wàn)m3/d作為設(shè)計(jì)工況,采用基于BWRS實(shí)際氣體狀態(tài)方程計(jì)算喉部尺寸,維托辛斯基曲線法設(shè)計(jì)Laval噴管的漸縮段,特征線解析法設(shè)計(jì)超音速旋流分離器的擴(kuò)壓段;考慮對(duì)氣液分離的有利性和實(shí)際加工的方便性,選擇可以減小液滴沉降距離的圓環(huán)結(jié)構(gòu)作為分離腔;為了使裝置具有較大流通能力,旋流器前無(wú)激波發(fā)生,經(jīng)過(guò)葉片后能形成較大的離心力,最終確定旋流器上選用12個(gè)扭曲角為30°的E186型葉片,葉片安裝角為40°.圖1中所設(shè)計(jì)裝置的幾何尺寸為:入口旋流段95 cm,Laval噴管段57 cm,擴(kuò)壓段103 cm,直管段50 cm.

    圖1 前置式超聲速旋流分離器Fig.1 Front supersonic cyclone separator

    2數(shù)值計(jì)算方法

    建立含濕天然氣的自發(fā)凝結(jié)流動(dòng)模型時(shí),所采用的假設(shè)如下:1) 整個(gè)裝置處在絕熱狀態(tài),不會(huì)和外界發(fā)生熱量的交換;2) 介質(zhì)在流動(dòng)過(guò)程中是連續(xù)的,形成的液滴尺寸很小,不考慮液相對(duì)氣相的影響;3) 形成凝結(jié)核心的時(shí)間極短,由此生長(zhǎng)的小液滴之間不發(fā)生碰撞;4) 不考慮裝置系統(tǒng)外電、磁干擾,并忽略生成小液滴在氣流內(nèi)的滑移.

    2.1 控制方程組

    含濕天然氣在超音速旋流脫水裝置內(nèi)流動(dòng)的控制方程組非常復(fù)雜,除了包含F(xiàn)LUENT自帶的氣相控制方程外,描述液滴狀態(tài)的液相控制方程、描述高壓超音速條件下成核與生長(zhǎng)的自發(fā)凝結(jié)控制方程以及氣相與小液滴之間的傳質(zhì)傳熱的源相關(guān)系式最終都需要通過(guò)C語(yǔ)言編成UDF的形式,嵌入到FLUENT中.

    氣相流動(dòng)控制方程為

    (1)

    (2)

    (3)

    式中:ρg為氣體密度,kg/m3;u為速度,m/s;p為壓力,Pa;E為總能,J/kg;keff為有效導(dǎo)入系數(shù),W/(m·K);τij為有效應(yīng)力張量;T為溫度,K;h1g為蒸發(fā)潛熱,kJ/kg;mv為單位時(shí)間內(nèi)單位體積凝結(jié)的液滴質(zhì)量,kg/(s·m3);計(jì)算公式為

    (4)

    對(duì)于天然氣和水蒸氣,為了使氣相的控制方程組得以封閉,需補(bǔ)充各自的氣體狀態(tài)方程為

    p=ZρRT

    (5)

    (6)

    式中:R為氣體常數(shù);B,C,D分別代表一、二、三階維里系數(shù)[16-17].

    含濕天然氣相變后的液相是小液滴,所以液相控制方程是用來(lái)描述小液滴的狀態(tài)與分布,小液滴數(shù)目分布方程和液滴平均半徑方程分別為

    (7)

    (8)

    式中:J為成核率,kg-1·s-1;dr/dt為液滴生長(zhǎng)率;nb為液滴數(shù)目,個(gè);rc為液滴成核臨界半徑,m.

    水蒸氣在超音速分離裝置內(nèi)的自發(fā)凝結(jié)過(guò)程,成核率公式的選取非常關(guān)鍵,因?yàn)槌珊诉^(guò)程發(fā)生的時(shí)間極短,就在水蒸氣的過(guò)飽和度超過(guò)某一臨界值之后,瞬間發(fā)生,經(jīng)過(guò)對(duì)比與分析,選用最適合描述高壓條件下超音速成核的Kantrowitz非等溫效應(yīng)修正的成核模型,成核率表達(dá)式為

    (9)

    (10)

    式中:m為單個(gè)水蒸氣分子的質(zhì)量,kg;qc為凝結(jié)系數(shù);Kb為波爾茲曼常量,J/K;θ為非等溫影響修正系數(shù);hfg為在壓力P下的凝結(jié)潛熱;γ為蒸汽定熵指數(shù).σ為液滴表面張力,N/m;一般情況下,液滴的成核率經(jīng)過(guò)非等溫修正后可降為修正前的0.01~0.02倍.

    大量的實(shí)驗(yàn)與計(jì)算證明,動(dòng)力學(xué)生長(zhǎng)模型與熱力學(xué)生長(zhǎng)模型計(jì)算所得到結(jié)果十分相近,在此選用相對(duì)簡(jiǎn)單的Gyamathy型作為新型超聲速旋流分離裝置內(nèi)部液滴生長(zhǎng)模型.Gyarmathy水滴生長(zhǎng)率表達(dá)式為

    (11)

    式中:λg為水蒸氣的導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·K);Kn為水蒸氣分子的平均自由程;α為液滴生長(zhǎng)校正系數(shù),一般取9.

    用組分輸運(yùn)方程可以實(shí)現(xiàn)含濕天然氣與小液滴之間的傳質(zhì)過(guò)程為

    (12)

    (13)

    式中Ys為分離器進(jìn)口初始含濕量.

    2.2 計(jì)算方法與邊界條件

    計(jì)算所用的幾何模型由進(jìn)口直管段外殼、超音速噴管和帶有旋流葉片的半橢球體組成.面對(duì)非常復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu),選用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格中的四面體網(wǎng)格對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行劃分,并且在旋流葉片處進(jìn)行局部加密.在含濕天然氣高速旋轉(zhuǎn)膨脹時(shí),選擇基于密度的求解器和適用于高雷諾數(shù)的RNGk-ε湍流模型,并且通過(guò)C語(yǔ)言將液相控制方程和其他方程的源項(xiàng)以UDF的形式編入FLUENT中來(lái)描述整個(gè)凝結(jié)流動(dòng)過(guò)程.歐拉-歐拉兩相控制方程組采用有限控制體積法離散,為了確保計(jì)算精度,選用Simple算法進(jìn)行求解,同時(shí)對(duì)氣液兩相的差分均采用二階迎風(fēng)有限體積離散格式.

    對(duì)于可壓縮含濕天然氣,氣相表征參數(shù)采用第一類邊界條件,液相表征參數(shù)采用第二類邊界條件.進(jìn)出口邊界條件分別為Pressure-inlet和Pressure-outlet,指定總壓、總溫、湍流強(qiáng)度以及粘性比,同時(shí)用等熵流動(dòng)數(shù)值計(jì)算出來(lái)的結(jié)果來(lái)進(jìn)行初始化,可以提高收斂性.

    2.3 模型驗(yàn)證

    采用G.Lamanna關(guān)于超聲速噴管中密度比的實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)所建模型進(jìn)行驗(yàn)證.噴管的幾何數(shù)據(jù)以及壓力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均取自文獻(xiàn)[18],噴管結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2(單位:m),實(shí)驗(yàn)中所采用的工作介質(zhì)為氮?dú)?水蒸氣混合氣體,入口溫度為279.80 K,壓力為0.084 8 MPa,噴管出口為超聲速.

    圖2 噴管結(jié)構(gòu)尺寸圖Fig.2 Structure size of the nozzle

    圖3表明:氮?dú)?水蒸氣凝結(jié)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相對(duì)應(yīng).隨著混合氣流進(jìn)入超音速噴管,密度比值隨著壓力不斷降低,越往后,壓力降低越快,密度比降低也會(huì)越快;到喉部之后大約0.006 m的地方密度比值會(huì)有一個(gè)明顯的突躍,這是因?yàn)榛旌蠚怏w中的水蒸氣在此處發(fā)生凝結(jié)相變,釋放出的大量潛熱致使激波產(chǎn)生,此處壓力急劇升高,流速明顯降低,所以氣流密度比值陡然升高;之后由于壓力恢復(fù)正常,密度比隨著壓力繼續(xù)降低.可見(jiàn)所提出的模型能夠較準(zhǔn)確的描述雙組分凝結(jié)流動(dòng),可以被用來(lái)開(kāi)展系統(tǒng)研究.

    圖3 模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比圖Fig.3 Contrast with the numerical results and experimental data

    3結(jié)果與分析

    根據(jù)前面的幾何結(jié)構(gòu)和計(jì)算模型,采用水蒸汽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的含濕天然氣作為工作介質(zhì),在入口壓力為Pin=10 MPa,入口溫度Tin=300 K,湍流強(qiáng)度為0.05,粘性比為10的工況下,運(yùn)用FLUENT軟件進(jìn)行超音速旋流凝結(jié)規(guī)律的分析,計(jì)算結(jié)果如下.

    3.1 凝結(jié)特性分析

    圖4給出了含濕天然氣軸向截面上的過(guò)冷度分布.對(duì)于整個(gè)凝結(jié)過(guò)程,由于不考慮外來(lái)核心雜質(zhì),當(dāng)水蒸氣達(dá)到一定過(guò)冷度的時(shí)候,凝結(jié)才會(huì)發(fā)生,影響成核的主要驅(qū)動(dòng)力就是過(guò)冷度,在進(jìn)口旋流直管段,過(guò)冷度基本不發(fā)生變化,保持在0 K左右,然后氣流進(jìn)入Laval噴管,隨著溫度的不斷降低,過(guò)冷度逐漸增加,在喉部之后的x=40 cm處,達(dá)到最大值30 K,此時(shí)過(guò)飽和水蒸氣具有最大的化學(xué)勢(shì),凝結(jié)核心開(kāi)始大量產(chǎn)生,含濕天然氣的自發(fā)凝結(jié)開(kāi)始發(fā)生;之后由于凝結(jié)作用的存在,使得氣體化學(xué)勢(shì)不斷減小,過(guò)冷度也迅速降低,氣液兩相逐漸趨于一個(gè)熱力學(xué)平衡狀態(tài),這個(gè)過(guò)程中,伴隨著連續(xù)不斷的水蒸氣分子聚集在凝結(jié)核上,達(dá)到臨界半徑的小液滴會(huì)進(jìn)一步長(zhǎng)大.

    圖4 軸向截面上的過(guò)冷度分布圖Fig.4 The distribution of sub-cooling along axial face

    圖5(a)為含濕天然氣軸向截面上的成核率分布,由圖可見(jiàn):對(duì)于整個(gè)旋流凝結(jié)分離過(guò)程,成核率最大的位置就是過(guò)冷度到達(dá)最大值的位置,成核發(fā)生的區(qū)域非常短,只占噴管長(zhǎng)度額很小一部分,這是由于在Wilson點(diǎn)處氣體熱力學(xué)不平衡達(dá)到最大,極短時(shí)間內(nèi)數(shù)目量級(jí)達(dá)到3.16×1018/(kg·s)的凝結(jié)核心迅速產(chǎn)生,但是凝結(jié)核心的產(chǎn)生伴隨著凝結(jié)潛熱的釋放,大量的潛熱會(huì)使溫度升高,推動(dòng)氣體向平衡狀態(tài)發(fā)展,這樣就破壞了凝結(jié)成核所需要的條件,成核率由此迅速降為0,表示成核不再發(fā)生.

    圖5 成核率沿噴管軸向截面分布圖Fig.5 The distribution of nucleation rate along axial face

    圖5(b)為含濕天然氣發(fā)生凝結(jié)時(shí)成核率的局部放大圖,從圖中可以很清楚的看到在最大過(guò)冷度位置處(也就是x=40 mm處),成核率有最大值,隨后成核率很快消失,此時(shí)水滴成核階段已經(jīng)完成,進(jìn)入水滴生長(zhǎng)階段.進(jìn)一步仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn),噴管中心線處的成核率明顯高于噴管壁面處的成核率,這是因?yàn)樵诳拷诿娴牡胤剑查g生成的大量凝結(jié)核會(huì)與壁面發(fā)生摩擦,摩擦作用又會(huì)產(chǎn)生大量的熱量,最終導(dǎo)致壁面附近的凝結(jié)核發(fā)生閃蒸.對(duì)于所設(shè)計(jì)研究的結(jié)構(gòu),內(nèi)部有一錐形實(shí)體,在實(shí)體與噴管形成的環(huán)形通道,中間成核率最大,靠近兩壁面的成核率值明顯小于環(huán)形截面中間的值.

    圖6(a)為含濕天然氣軸向截面上的液滴半徑分布.由圖可見(jiàn),液滴成核完成后,一方面在已經(jīng)形成的凝結(jié)核心上,會(huì)有源源不斷的水蒸氣分子繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行附著,這樣致使凝結(jié)核的半徑也會(huì)跟著增大;另一方面蒸汽凝結(jié)會(huì)釋放出大量凝結(jié)潛熱,這部分熱量又使得部分已經(jīng)凝結(jié)的水分子發(fā)生蒸發(fā).兩個(gè)過(guò)程同時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)行,開(kāi)始階段凝結(jié)作用大于蒸發(fā)作用,液滴半徑不斷增大,隨著凝結(jié)過(guò)程不斷深入,過(guò)冷度的減小和凝結(jié)潛熱的不斷釋放,蒸發(fā)的分子數(shù)量到達(dá)與凝結(jié)分子數(shù)量相同,這個(gè)狀態(tài)就是平衡狀態(tài),此時(shí)液滴不再增長(zhǎng),半徑也趨于穩(wěn)定,達(dá)到最大值2.88×10-7m.

    圖6 軸向截面上的濕度和液滴半徑的分布圖Fig.6 The distributions of humidity and droplet radiusr along axial face

    圖6(b)給出了含濕天然氣軸向截面上的濕度分布.在計(jì)算時(shí)采用的含濕天然氣中含有水蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%,由圖6(b)可見(jiàn):超音速噴管出口最大濕度為5.7%,基本符合計(jì)算工況,不管是水蒸氣凝結(jié)成核階段還是水蒸氣分子撞擊在凝結(jié)核表面的液滴生長(zhǎng)階段,都是氣相水蒸氣變?yōu)橐合嗨倪^(guò)程,兩個(gè)階段都會(huì)使?jié)穸炔粩嘣黾樱鹊剿伟霃讲辉僭鲩L(zhǎng)的時(shí)候,濕度也就達(dá)到了最大值.

    3.2 不同進(jìn)口參數(shù)對(duì)凝結(jié)特性的影響

    含濕天然氣在超音速分離裝置內(nèi)流動(dòng)的過(guò)程中,進(jìn)口壓力對(duì)非平衡凝結(jié)有重要影響,不同的進(jìn)口壓力會(huì)有不同的凝結(jié)參數(shù)分布.現(xiàn)主要研究入口溫度為300 K,入口壓力分別為8.2,9,10,11 MPa的工況,保持之前所建物理與數(shù)值模型不變,在只改變壓力的情況下,可以得到相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算結(jié)果,制成如表1所示.考慮到在混合氣體中,水蒸氣的凝結(jié)成核與液滴生長(zhǎng)過(guò)程都是在Laval噴管段發(fā)生,所以可以只考慮噴管段,忽略后面部分.

    表1 在不同入口壓力條件下的主要凝結(jié)參數(shù)

    由表1可見(jiàn):保持其他控制參數(shù)不變,隨著入口壓力的升高,含濕天然氣的飽和度增加,到達(dá)凝結(jié)成核所需過(guò)飽和度和極限過(guò)冷度的位置將會(huì)向前移動(dòng),極限過(guò)冷度也從32.6 K減小到28.7 K,說(shuō)明凝結(jié)成核變得容易發(fā)生,于是非平衡凝結(jié)位置(也就是Wilson點(diǎn))會(huì)前移,從x=42.5 cm到x=39.1 cm更加靠近喉部;在壓力升高的超音速條件下,水蒸汽凝結(jié)的極限成核率從2×1019減小到1.94×1018,成核率的減小導(dǎo)致出口液滴數(shù)目減小,但是液滴的平均半徑反而會(huì)增加.入口壓力越高,成核速率越快,液態(tài)水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨之加快增長(zhǎng),含濕天然氣能夠更早的達(dá)到濕飽和狀態(tài),噴管出口濕度也會(huì)增大.

    同理,保持入口壓力10 MPa不變,只改變?nèi)肟跍囟确謩e取295,300,305,310 K,將計(jì)算結(jié)果制成表2.由表2可見(jiàn):隨著入口溫度的升高,含濕天然氣的不飽和度增加,發(fā)生成核所需的極限過(guò)冷度從28.6 K增加到32.3 K,說(shuō)明凝結(jié)成核發(fā)生的難度增加,于是非平衡凝結(jié)位置(也就是Wilson點(diǎn))不斷遠(yuǎn)離喉部,向后推移,氣體在超音速噴管中的膨脹距離變長(zhǎng),但是蒸汽凝結(jié)的極限成核率從7.94×1017增大到5.01×1018,從而液滴數(shù)目也會(huì)增加,液滴的平均半徑與液滴數(shù)目成反比而相應(yīng)較小.隨著入口溫度不斷升高,含濕天然氣就會(huì)越接近飽和溫度,導(dǎo)致水蒸氣自發(fā)成核過(guò)程削弱,出口濕度也就相應(yīng)越小.通過(guò)以上分析可以看出:含濕氣體非平衡自發(fā)凝結(jié)流動(dòng)中的過(guò)冷度、成核率、平均半徑、出口濕度等與入口壓力和入口溫度的大小有密切的關(guān)系.

    表2在不同入口溫度條件下的主要凝結(jié)參數(shù)

    Table 2The main setting parameters in different inlet temperatures

    入口溫度/KΔT/KJ/(kg-1·s-1)出口濕度/%Wilson位置/cm29528.67.94×10175.9438.530030.03.16×10185.7040.030531.14.57×10185.2441.331032.35.01×10184.8042.5

    4結(jié)論

    根據(jù)工業(yè)應(yīng)用中的高壓工況,設(shè)計(jì)了一種前置式超聲速旋流分離裝置,建立了含有自發(fā)凝結(jié)的雙組份混合物三維流動(dòng)數(shù)學(xué)模型,通過(guò)與參考文獻(xiàn)中氮?dú)?水蒸氣混合物在Laval噴管中凝結(jié)時(shí),密度比值變化的對(duì)比,證明了所建計(jì)算模型對(duì)兩相凝結(jié)流動(dòng)的有效性.采用含濕天然氣為介質(zhì)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,詳細(xì)研究了含有自發(fā)凝結(jié)的兩相超音速流動(dòng)過(guò)程,并得出了沿噴管軸向截面的過(guò)冷度、成核率、液滴半徑、濕度等主要凝結(jié)參數(shù)分布.利用上述模型研究了入口壓力和溫度變化對(duì)凝結(jié)參數(shù)的影響,發(fā)現(xiàn)對(duì)于特定結(jié)構(gòu)的超音速噴管,只要適當(dāng)增加入口壓力或者降低入口溫度,都可以促進(jìn)含濕天然氣在新型超音速分離裝置內(nèi)凝結(jié)過(guò)程.

    參考文獻(xiàn):

    [1]AJAEE SHOOSHTARI S H, SHAHSAVANDA. Reliable prediction of condensation rates for purification of natural gas via supersonic separators[J]. Separation and purification tech,2013,116:458-470.

    [2]MAHMOODZADEH V B, SHAHSAVAND A. Analysis of supersonic separators geometry using generalized radial basis function artificial neural networks[J]. Journal of natural gas science and engineering,2013,13:30-41.

    [3]LIU Hengwei, LIU Zhongliang, FENG Yongxun, et al. Characteristics of a supersonic swirling dehydration system of natural gas[J]. Chinese journal of chemical engineering,2005,13(1):9-12.

    [4]WEN Chuang, CAO Wenxue, YANG Yan. Swirling flow of natural gas in supersonic separators[J]. Chemical engineering and processing: process intensification,2011,50(7):644-649.

    [5]壽華好,高暉,閆欣雅,等.旋葉式壓縮機(jī)氣缸型線的設(shè)計(jì)[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014,42(6):694-698.

    [6]劉興偉,劉中良,李艷霞.超音速分離管中水蒸氣凝結(jié)相變的數(shù)值研究[J].熱科學(xué)與技術(shù),2014,13(3):198-205.

    [7]文闖,曹文學(xué),楊燕,等.環(huán)形超聲速噴管內(nèi)天然氣流場(chǎng)特性[J].化工進(jìn)展,2011,30(4):720-724.

    [8]WEN Chuang, CAO Wenxue, YANG Yan. Numerical simulation of natural gas flows in diffusers for supersonic separators[J]. Energy,2012,37(1):195-200.

    [9]BAO Lingling, LIU Zhongliang, Liu Hengwei, et al. Phase equilibrium calculation of multi-component gas separation of supersonic separator[J]. Science china technological sciences,2010,53(2):435-443.

    [10]楊勇,沈勝?gòu)?qiáng),董國(guó)海,等.水蒸氣跨音速流動(dòng)中非平衡相變的溫度特性[J].化工學(xué)報(bào),2012,63(2):401-407.

    [11]張書平,吳革生,于志剛,等.含濕天然氣超音速凝結(jié)研究[J].工程熱物理學(xué)報(bào),2008,19(11):1875-1878.

    [12]楊勇,張勝?gòu)?qiáng),張琨.水蒸氣超音速流動(dòng)中的非平衡相變特性[J].工程熱物理學(xué)報(bào),2010,31(9):1581-1584.

    [13]張兆鑫,趙元虎,徐奔馳.基于CFD法的小型風(fēng)機(jī)非扭曲葉片氣動(dòng)性能分析[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2013,41(1):512-516.

    [14]王校貴,羅沖,顧楨標(biāo).固壁面附近空化泡潰滅過(guò)程的數(shù)值模擬[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2015,43(5):68-72.

    [15]EMMONS H W. Fundamentals of gas dynamics[M]. Princeton: Princeton University Press,1958.

    [16]YOUNG J B. An equation of state for steam for turbomachinery and other flow calculations[J]. Journal of engineering for gas turbines and power,1988,110(1):1-7.

    [17]BENYAHIA S, ARASTOOPOUR H, KNOWLTON T M, et al. Simulation of particles and gas flow behavior in the riser section of a circulating fluidized bed using the kinetic theory approach for the particulate phase[J]. Powder technology,2000,112(1):24-33.

    [18]LAMANNA G. On nucleation and droplet growth in condensing nozzle flows[D]. Netherlands:Technische Universiteit Eindhoven,2000.

    (責(zé)任編輯:劉巖)

    《浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》入編北京大學(xué)中文核心期刊(2014年版)

    接北京大學(xué)《中文核心期刊要目總覽》編輯部的通知,依據(jù)文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的原理和方法,經(jīng)研究人員對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的檢索、統(tǒng)計(jì)和分析,以及學(xué)科專家評(píng)審,《浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》入編《中文核心期刊要目總覽》2014年版(即第七版)之“綜合性科學(xué)技術(shù)類”的核心期刊.據(jù)內(nèi)部信息,這次“綜合性科學(xué)技術(shù)類”的核心期刊入圍前120位,我校《學(xué)報(bào)》排序95位,比2011年(131位)提升了36位.這是學(xué)術(shù)期刊社繼2013年《發(fā)酵科技通訊》主管主辦單位成功變更我校后,期刊質(zhì)量提升的又一個(gè)標(biāo)志性的成果.

    學(xué)術(shù)期刊社

    A numerical study of a non-equilibrium condensation flow in a supersonic separator

    HANG Zhonghe, ZHAO Yujin, LI Hengfan

    (North China Electric Power University, School of Energy Power and Mechanical Engineering, Baoding 071003, China)

    Abstract:Aiming at solving the problem of the high-pressure natural gas containing water vapor in real oil production, a type of supersonic separation structure is designed according to gas field condition and gas well drilling technology parameters. Based on UDF that codifies liquid phase governing equations and the source terms of other governing equations in the FLUENT software, a two-phase bi-component three-dimensional turbulent model was developed to simulate the process of the wet natural gas supersonic condensation. Effects of entrance parameters on starting location of spontaneous nucleation, as well as the change of subcooled degree and the nucleation, were investigated. The results showed that the developed condensation model can reasonably reveal the distribution profile of condensation flow field in the supersonic separation tube; the condensation process inside the supersonic separator varies obviously due to the change of the initial pressure and temperature. It is concluded that the efficiency of separation can be improved further by adjusting the inlet conditions appropriately in industrial applications.

    Keywords:front-placed supersonic separator;spontaneous condensation;two phase flow;numerical simulation

    中圖分類號(hào):TK124

    文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

    文章編號(hào):1006-4303(2016)01-0005-06

    作者簡(jiǎn)介:韓中合(1964—),男,河北武邑人,教授,博士,研究方向?yàn)闊崃υO(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷及兩相流計(jì)算測(cè)量等,E-mail:han_zhonghe@163.com.

    基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51306059);中央高校基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)基金項(xiàng)目(2015MS107)

    收稿日期:2015-09-29

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