甲烷气体自发凝结流动过程数值模拟研究

【摘要】：甲烷气体在Laval喷管中高速流动,在喷管扩张段内达到超声速并形成低温低压区,使甲烷气体发生自发凝结液化。针对入口温度为180k、压力为2MPa的工况,结合双三次曲线法、等膨胀率设计方法、BWRS状态方程及边界层黏性修正设计膨胀率为10000s-1的喷管;基于欧拉双流体模型,建立气相及液相流动控制方程,采用内部一致经典成核理论及Gyarmathy模型分别进行成核率及液滴生长率计算。数值模拟所设计喷管内甲烷气体自发凝结过程,研究结果表明:当气体通过喉部进入扩张段后,随着过饱和度增大甲烷气体开始凝结,最大成核率为1.10×1021m-3·s-1,随着凝结潜热的释放,成核率急剧变为0;凝结核生成后伴随着液滴的继续生长,由于甲烷液滴生长速率较慢,且凝结潜热较小,未发生明显的凝结冲波现象;喷管出口湿度为5.59%,可从喷管结构、出入口参数、非均质凝结等方面进一步研究提高液化率的方法。 【作者单位】：中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院
【关键词】：甲烷 凝结 膨胀率 数值模拟
【分类号】：TQ221.11
【正文快照】： 1引言超声速旋流分离技术由ENGO石油公司与Twister BV公司引入应用到天然气加工处理工艺中,分别设计了Super Sonic Separator(“3S”)和Twister的超声速旋流分离装置用于天然气脱水。Laval喷管是超声速旋流分离装置中重要的组成部分,天然气中水蒸汽在喷管扩张段凝结液化,从天

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