用于天然气净化的导叶式旋风管三相旋流分离数值模拟研究

【摘要】：为进一步优化旋风分离管的结构和提高分离效率，满足当前海洋油气田开采对天然气净化的分离性能要求，本文针对海上油气田天然气开采净化中存在的问题，设计了一种高效的导叶式旋流分离器，并对其进行数值仿真和实验研究。应用FLUENT软件对导叶式旋流分离管内部的三相旋流分离进行数值模拟研究，这包括旋风管内气相流场的研究和气固及气液分离的数值模拟，在文献调研和数值模拟以及实验测量的基础上，对旋风管内气、液、固三相流流动规律进行了研究，研究内容如下： 1)讨论分析天然气净化中常用的几种分离技术。这些技术的优缺点和导叶式旋流分离的主要优点，确定研究的主要目标参数值：①、在设计流量范围内可以基本除净8μm以上的固体颗粒和5μm以上液滴；②、在中低压情况下，旋风分离器压降小于25KPa。 2)通过建立导叶式旋流分离管数值模型，对旋风管内气液两相流和气固两相流的流动规律进行研究，优化旋风管结构。同时模拟实际工况进行数值模拟计算。在单管数值模拟中考虑解决天然气“夹带”杂质流向下游的情况，重点放在提高分离效率和减少压降阻力这对矛盾，找到旋流分离规律。 3)实验研究分析：进行导叶式旋风管气固分离实验、气液分离实验、气相流场以及多管组合的分离实验研究，来验证数值模拟的准确可靠性。 【关键词】：天然气 旋风管 旋流分离器 气相流场 数值模拟 气液分离 气固分离 分离效率
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TE644
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 课题的研究背景及意义11-13
• 1.2 天然气净化分离的原理和存在的问题13-20
• 1.2.1 重力沉降分离13
• 1.2.2 惯性碰撞分离13
• 1.2.3 旋流离心分离13-16
• 1.2.4 丝网填料气液分离16-17
• 1.2.5 过滤式分离17
• 1.2.6 膜分离技术净化天然气17-18
• 1.2.7 吸收法脱水18-19
• 1.2.8 超音速气液分离19-20
• 1.3 天然气旋风分离技术国内外的研究及应用现状20-22
• 1.4 研究要达到的目标22
• 1.4.1 分离效率：22
• 1.4.2 设备压降损失22
• 1.5 研究的难点和关键问题22-24
• 第二章 总体方案24-27
• 2.1 调研24
• 2.2 编制计划24
• 2.3 采用的研究方法、试验方法和技术路线24-27
• 2.3.1 旋风单管的分离性能研究与结构设计24-25
• 2.3.2 多管组合的分离性能25-26
• 2.3.3 旋流分离器罐体26-27
• 第三章 旋流分离数值模拟27-84
• 3.1 导叶式旋风管结构27
• 3.2 旋风管内气固两相流动的数值模拟27-34
• 3.2.1 三维几何建模及网格划分27-29
• 3.2.2 数值计算模型及边界条件的确定29-30
• 3.2.3 导叶式旋风管内气相流动的数值计算结果30-32
• 3.2.4 导叶式旋风管内固相颗粒运动的数值计算结果32-34
• 3.3 旋风管内气液两相流动的数值模拟34-42
• 3.3.1 气液两相数值模拟的边界条件及计算模型34-37
• 3.3.2 气液两相数值模拟结果37-42
• 3.4 多管式旋流分离器气相流场的数值模拟42-57
• 3.4.1 基本几何结构42
• 3.4.2 基本几何结构的网格化分42-45
• 3.4.3 网格质量检查45-46
• 3.4.4 FLUET 软件求解设定46-47
• 3.4.5 分离器内压力场分布47-49
• 3.4.6 分离器内速度场分布49-52
• 3.4.7 各单管进气均匀性的分析52-53
• 3.4.8 公共灰斗内各单管间的“窜流”53-56
• 3.4.9 窜流强度的计算56-57
• 3.5 多管式旋风分离器气固两相流流动规律的数值研究57-84
• 3.5.1 湍流模型及控制方程57-58
• 3.5.2 两相流模型58-60
• 3.5.3 边界条件和初始条件60-62
• 3.5.4 单管速度及压力分布62-64
• 3.5.5 单管间速度分布对比分析64-67
• 3.5.6 排尘室内速度场分布67-68
• 3.5.7 气流流动规律68-69
• 3.5.8 固相流场69-84
• 第四章 实验研究84-89
• 4.1 气液分离实验84-86
• 4.1.1 实验装置流程84-85
• 4.1.2 实验结果85-86
• 4.2 气固分离实验86-89
• 4.2.1 实验装置流程86-87
• 4.2.2 实验结果分析87-89
• 结论89-90
• 参考文献90-92
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果92-93
• 致谢93-94
• 附件94

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