用于天然氣凈化的導(dǎo)葉式旋風(fēng)管三相旋流分離數(shù)值模擬研究

【摘要】：為進(jìn)一步優(yōu)化旋風(fēng)分離管的結(jié)構(gòu)和提高分離效率，滿足當(dāng)前海洋油氣田開采對(duì)天然氣凈化的分離性能要求，本文針對(duì)海上油氣田天然氣開采凈化中存在的問題，設(shè)計(jì)了一種高效的導(dǎo)葉式旋流分離器，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)研究。應(yīng)用FLUENT軟件對(duì)導(dǎo)葉式旋流分離管內(nèi)部的三相旋流分離進(jìn)行數(shù)值模擬研究，這包括旋風(fēng)管內(nèi)氣相流場(chǎng)的研究和氣固及氣液分離的數(shù)值模擬，在文獻(xiàn)調(diào)研和數(shù)值模擬以及實(shí)驗(yàn)測(cè)量的基礎(chǔ)上，對(duì)旋風(fēng)管內(nèi)氣、液、固三相流流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了研究，研究?jī)?nèi)容如下： 1)討論分析天然氣凈化中常用的幾種分離技術(shù)。這些技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和導(dǎo)葉式旋流分離的主要優(yōu)點(diǎn)，確定研究的主要目標(biāo)參數(shù)值：①、在設(shè)計(jì)流量范圍內(nèi)可以基本除凈8μm以上的固體顆粒和5μm以上液滴；②、在中低壓情況下，旋風(fēng)分離器壓降小于25KPa。 2)通過(guò)建立導(dǎo)葉式旋流分離管數(shù)值模型，對(duì)旋風(fēng)管內(nèi)氣液兩相流和氣固兩相流的流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究，優(yōu)化旋風(fēng)管結(jié)構(gòu)。同時(shí)模擬實(shí)際工況進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。在單管數(shù)值模擬中考慮解決天然氣“夾帶”雜質(zhì)流向下游的情況，重點(diǎn)放在提高分離效率和減少壓降阻力這對(duì)矛盾，找到旋流分離規(guī)律。 3)實(shí)驗(yàn)研究分析：進(jìn)行導(dǎo)葉式旋風(fēng)管氣固分離實(shí)驗(yàn)、氣液分離實(shí)驗(yàn)、氣相流場(chǎng)以及多管組合的分離實(shí)驗(yàn)研究，來(lái)驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確可靠性。 【關(guān)鍵詞】：天然氣 旋風(fēng)管 旋流分離器 氣相流場(chǎng) 數(shù)值模擬 氣液分離 氣固分離 分離效率
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TE644
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-24
• 1.1 課題的研究背景及意義11-13
• 1.2 天然氣凈化分離的原理和存在的問題13-20
• 1.2.1 重力沉降分離13
• 1.2.2 慣性碰撞分離13
• 1.2.3 旋流離心分離13-16
• 1.2.4 絲網(wǎng)填料氣液分離16-17
• 1.2.5 過(guò)濾式分離17
• 1.2.6 膜分離技術(shù)凈化天然氣17-18
• 1.2.7 吸收法脫水18-19
• 1.2.8 超音速氣液分離19-20
• 1.3 天然氣旋風(fēng)分離技術(shù)國(guó)內(nèi)外的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀20-22
• 1.4 研究要達(dá)到的目標(biāo)22
• 1.4.1 分離效率：22
• 1.4.2 設(shè)備壓降損失22
• 1.5 研究的難點(diǎn)和關(guān)鍵問題22-24
• 第二章 總體方案24-27
• 2.1 調(diào)研24
• 2.2 編制計(jì)劃24
• 2.3 采用的研究方法、試驗(yàn)方法和技術(shù)路線24-27
• 2.3.1 旋風(fēng)單管的分離性能研究與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24-25
• 2.3.2 多管組合的分離性能25-26
• 2.3.3 旋流分離器罐體26-27
• 第三章 旋流分離數(shù)值模擬27-84
• 3.1 導(dǎo)葉式旋風(fēng)管結(jié)構(gòu)27
• 3.2 旋風(fēng)管內(nèi)氣固兩相流動(dòng)的數(shù)值模擬27-34
• 3.2.1 三維幾何建模及網(wǎng)格劃分27-29
• 3.2.2 數(shù)值計(jì)算模型及邊界條件的確定29-30
• 3.2.3 導(dǎo)葉式旋風(fēng)管內(nèi)氣相流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算結(jié)果30-32
• 3.2.4 導(dǎo)葉式旋風(fēng)管內(nèi)固相顆粒運(yùn)動(dòng)的數(shù)值計(jì)算結(jié)果32-34
• 3.3 旋風(fēng)管內(nèi)氣液兩相流動(dòng)的數(shù)值模擬34-42
• 3.3.1 氣液兩相數(shù)值模擬的邊界條件及計(jì)算模型34-37
• 3.3.2 氣液兩相數(shù)值模擬結(jié)果37-42
• 3.4 多管式旋流分離器氣相流場(chǎng)的數(shù)值模擬42-57
• 3.4.1 基本幾何結(jié)構(gòu)42
• 3.4.2 基本幾何結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格化分42-45
• 3.4.3 網(wǎng)格質(zhì)量檢查45-46
• 3.4.4 FLUET 軟件求解設(shè)定46-47
• 3.4.5 分離器內(nèi)壓力場(chǎng)分布47-49
• 3.4.6 分離器內(nèi)速度場(chǎng)分布49-52
• 3.4.7 各單管進(jìn)氣均勻性的分析52-53
• 3.4.8 公共灰斗內(nèi)各單管間的“竄流”53-56
• 3.4.9 竄流強(qiáng)度的計(jì)算56-57
• 3.5 多管式旋風(fēng)分離器氣固兩相流流動(dòng)規(guī)律的數(shù)值研究57-84
• 3.5.1 湍流模型及控制方程57-58
• 3.5.2 兩相流模型58-60
• 3.5.3 邊界條件和初始條件60-62
• 3.5.4 單管速度及壓力分布62-64
• 3.5.5 單管間速度分布對(duì)比分析64-67
• 3.5.6 排塵室內(nèi)速度場(chǎng)分布67-68
• 3.5.7 氣流流動(dòng)規(guī)律68-69
• 3.5.8 固相流場(chǎng)69-84
• 第四章 實(shí)驗(yàn)研究84-89
• 4.1 氣液分離實(shí)驗(yàn)84-86
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置流程84-85
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果85-86
• 4.2 氣固分離實(shí)驗(yàn)86-89
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置流程86-87
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析87-89
• 結(jié)論89-90
• 參考文獻(xiàn)90-92
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果92-93
• 致謝93-94
• 附件94

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