天然气离心式气液分离器的结构设计及流场数值模拟

论文摘要

离心式分离器以其结构简单,加工制造容易,分离效率高,广泛的应用于固液分离、液液分离及气液分离中。目前在石油、矿山、化工、医疗器械中发挥着不可替代的作用。本论文针对常规的离心式分离器进行结构改进,开发出新型的天然气离心式气液分离器,通过实验证明,该分离器解决了一定压力下气液分离经常出现的气液夹带现象,改善了气液分离用离心式分离设备的内部气液两相流的流场,使分离器对于气液两相混合流中粒径在3-8μ以上的液体组分分离效率达到90%以上。应用Fluent计算软件,针对自行设计的新型离心式气液分离器进行了内部流场的数值模拟,采用三节点三角形单元划分网格,以保证模型精度。同时采用修正的RNGκ-ε方程建立湍流模型,以适用于本研究所设计的气液分离器。在此基础上采用牛顿-拉格朗日插值法进行计算,用双精度计算保证计算结果的精度,方程中各项的离散采用二阶迎风格式,压力-速度的耦合采用CFD中经典的SIMPLE算法求解。给出了计算结果。对多种组合结构的分离器的分离效率进行了现场试验,发现其实验结果与数值模拟计算所得到的结论基本一致。这些数据为现场应用提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和来源
• 1.2 前人的研究成果
• 1.2.1 旋流分离器
• 1.2.2 数值计算模型发展
• 1.2.3 湍流两相流理论研究
• 1.2.4 多相流流场研究
• 1.2.5 内旋流分离模型
• 1.2.6 分离效率研究模型进展
• 1.2.7 分级效率的计算
• 1.2.8 数值计算进展
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第二章 离心式气液分离器的设计计算
• 2.1 旋风式分离器简介
• 2.2 旋风分离器分离机理及主要影响因子
• 2.3 旋风分离器的设计计算
• 2.3.1 旋流器的压力损失计算
• 2.3.2 旋流器分离效率的计算
• 2.3.3 分离器长度的确定
• 2.3.4 进气管与溢流管的设计
• 2.3.5 溢流管的插入深度
• 2.3.6 溢流管外的结构设计
• 第三章 离心式分离器的数值模拟计算
• 3.1 fluent简介
• 3.2 有限元分析软件ANSYS简介
• 3.3 新型分离器的强度校核
• 3.3.1 Bean4单元简介
• 3.3.2 实体网格及受力分析
• 3.4 分离器内部流场的数值模拟
• 3.4.1 建模及网格划分
• 3.4.2 数值模拟结果及相关结论
• 第四章 新型离心式气液分离器性能的实验测定
• 4.1 实验设备简介
• 4.2 实验方案
• 4.3 实验数据
• 4.4 实验数据处理及相关结论
• 4.5 对比实验结果分析
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书