【摘要】：超聲速旋流分離技術(shù)是在傳統(tǒng)天然氣處理技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型技術(shù)。與傳統(tǒng)分離技術(shù)相比,具備裝置及操作方法簡單方便、系統(tǒng)密閉無泄漏、投資運行成本低等優(yōu)勢,因此在當今天然氣處理領(lǐng)域應用日益廣泛。超聲速旋流分離技術(shù)的核心是超聲速旋流分離器,其中Laval噴管又是超聲速旋流分離器的重要組成部分。氣體流經(jīng)Laval噴管時由于低溫效應逐漸發(fā)生凝結(jié),凝結(jié)的發(fā)生就實現(xiàn)了噴管內(nèi)的氣液分離。井口采出的天然氣是多種組分的混合物,為保證良好的分離效果,需要對多組分氣體在Laval噴管中的凝結(jié)流動進行分析,并研究影響混合氣體凝結(jié)流動的各類因素。本文針對天然氣中含量最多的兩種烴類氣體甲烷和乙烷的混合氣體進行研究,結(jié)合氣體動力學及數(shù)值傳熱學等理論,研究分析了雙可凝氣體在Laval噴管內(nèi)的凝結(jié)流動規(guī)律。本文在經(jīng)典成核理論的基礎(chǔ)上考慮真實氣體效應對成核的影響,對經(jīng)典成核模型進行了修正,建立了適合雙可凝氣體的超聲速凝結(jié)成核模型。針對建立的模型編寫了相應的C語言程序,并將文獻中已有的甲烷-壬烷的參數(shù)條件帶入到建立的模型中,對甲烷-壬烷的成核過程進行了計算。通過將計算結(jié)果與實驗結(jié)果對比,驗證了成核模型的可靠性。除此之外,通過分析,本文選擇了Gyarmathy的液滴生長模型。本文在前人研究的基礎(chǔ)上,建立了適合甲烷-乙烷超聲速流動的物理模型,并對其可靠性進行了驗證。采用ANSYS FLUENT軟件,通過編寫及設置用戶自定義函數(shù)UDF以及用戶自定義標量UDS的方法,對雙可凝氣體的超聲速凝結(jié)流動過程進行了數(shù)值模擬,分析了各凝結(jié)參數(shù)在噴管內(nèi)的分布規(guī)律。本文最后研究了入口壓力、溫度、雙可凝氣體的組成及出口背壓對凝結(jié)參數(shù)的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:隨入口溫度的降低或入口壓力的升高,雙可凝氣體成核的起始位置提前,且最大成核速率增大,液滴數(shù)目增加,液滴半徑增大,液滴生長率增大,出口濕度增大;隨組分中乙烷含量的增大,雙可凝氣體成核的起始位置提前,最大成核速率增大,液滴數(shù)目增加,液滴半徑增大,液滴生長率增大,出口濕度增大;出口背壓的增大,將導致噴管內(nèi)產(chǎn)生激波,使噴管內(nèi)的壓力和溫度發(fā)生突變,破壞了液滴成核及生長的環(huán)境,不利于混合氣體發(fā)生凝結(jié)。
【學位授予單位】：中國石油大學(華東)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE64
【圖文】：

22（f）乙烷含量 10%圖 2-5 不同組成的甲烷 -乙烷混合氣體成核速率（a）-（f）乙烷含量：5%-10%The nucleation rate of methane-ethane with different co（a）-（f）The content of ethane:5%-10%

Fig2-5 The nucleation rate of methane-propane with different composition（a）-（f）The content of propane: 5%-10%由表 2-4、表 2-5 和圖 2-5、圖 2-6 可以看出，在溫度和壓力一定時，隨著雙組份中乙烷或丙烷的含量的增大，雙組分氣體的成核速率也逐漸增大。

圖 2-7 凝結(jié)液滴模型Fig2-7 Model of a condensing droplet滴被氣體混合物包圍，距離液滴 r 的壓為vp ，氣相質(zhì)量分數(shù)為,1y ，氣體分 1 在液滴中的分數(shù)為1x ，在液滴附近Q 為熱量流量，intQ 為進入液滴內(nèi)部熱假設：，特征時間 10msp ；；

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相關(guān)碩士學位論文 前2條

1 王迪;雙可凝氣體超聲速凝結(jié)流動規(guī)律研究[D];中國石油大學(華東);2016年

2 魏峰;基于超材料的雙可調(diào)寬頻電磁吸收器研究[D];蘭州大學;2017年

本文編號：2767287