气波引射器性能参数的实验研究

论文摘要

在天然气增压开采中所用引射器存在效率低、不易调节的缺点,而压力交换技术是利用压力波来实现高低压气体间能量的传递和转换,等熵效率较高,故将压力交换技术应用于引射器,从而得到气波引射器。本文以气波引射器为研究对象,主要从数值模拟和实验测试两个方面对其性能进行了较为系统的研究。主要研究工作如下：（1）利用气体动力学一维非定常流动分析方法,对气波引射器波转子内部波系运动及气体流动进行了详细分析。由激波、膨胀波的运动速度,计算出各端口尺寸。（2）建立了气波引射器二维多周期整机模型,研究了气波引射器内部动态流动规律,从而绘制出气波引射器的工作波图,并对其性能进行了预测。通过对气波引射器和普通引射器的性能进行比较发现,气波引射器在小压比时的优势非常明显。（3）设计气波引射器实验流程,建立实验系统。着重对实验系统中高压下的流量测量装置-文丘里流量计进行了设计并完成了标定；提出实验方案,分别考察了中压压力、转速、偏转距离、固壁距离、喷嘴宽度和进出口间隙对设备性能的影响。总结出等熵效率和抽射率随这些参数的变化规律,并结合数值模型分析了引起设备性能变化的原因。研究表明,各参数之间存在最优匹配关系,对提高设备性能具有指导作用。（4）提出反馈式结构,通过使部分中压气体回流,从而提高驱动压比PH/PM来改善气波引射器的性能,并对反馈结构进行二维数值模拟和实验验证。实验结果表明,反馈结构可以提高较大压比时设备的性能,压比2时等熵效率可提高6%,抽射率可提高0.05,效果非常明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 天然气增压开采概况
• 1.2 压力交换技术
• 1.2.1 早期工作
• 1.2.2 波转子设备及其研究
• 1.2.3 数值模拟
• 1.3 波转子设备的优越性及适用范围
• 1.4 课题背景及主要工作内容
• 1.4.1 课题背景
• 1.4.2 主要工作内容
• 2 气波引射器工作机理研究
• 2.1 气波引射器分类
• 2.2 设备结构、工作过程及性能评价
• 2.2.1 气波引射器的结构
• 2.2.2 工作过程
• 2.2.3 性能评价
• 2.3 波理论
• 2.3.1 激波的产生及其前后的参数关系
• 2.3.2 膨胀波的产生及其前后的参数关系
• 2.4 气波引射器一维数学分析
• 2.5 本章小结
• 3 内部流动分析
• 3.1 守恒型控制方程与离散格式
• 3.1.1 守恒型控制方程
• 3.1.2 湍流模型
• 3.1.3 离散格式
• 3.2 数值模拟过程
• 3.2.1 前处理设置
• 3.2.2 求解器设置
• 3.2.3 模型验证
• 3.3 气波引射器的流场分析
• 3.3.1 气波引射器内激波、膨胀波运动规律
• 3.3.2 气波引射器内接触面运行规律
• 3.4 一维数学分析与二维数值模拟比较
• 3.5 与普通引射器性能比较
• 3.6 本章小结
• 4 实验研究
• 4.1 实验系统的建立
• 4.1.1 实验流程
• 4.1.2 实验设备及配套系统
• 4.1.3 流量计的校核
• 4.2 影响设备性能的参数
• 4.3 实验结果及分析
• 4.3.1 中压对气波引射器性能的影响
• 4.3.2 转速对气波引射器性能的影响
• 4.3.3 偏转距离对气波引射器性能的影响
• 4.3.4 固壁距离对气波引射器性能的影响
• 4.3.5 高压喷嘴宽度对气波引射器性能的影响
• 4.3.6 中压喷嘴宽度对气波引射器性能的影响
• 4.3.7 低压喷嘴宽度对气波引射器性能的影响
• 4.3.8 间隙对气波引射器性能的影响
• 4.4 本章小结
• 5 反馈式气波引射器
• 5.1 组合式气波引射器
• 5.2 反馈式气波引射器
• 5.2.1 反馈式结构的内部流动分析
• 5.2.2 性能参数对反馈式气波引射器性能的影响
• 5.3 实验验证
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢