超声速天然气分离器是用于天然气脱水的一种装置。它结构简单,效率高,能耗低,支持无人值守,在天然气输送中得到了广泛的应用。现代工业中使用的超声速天然气分离器都是轴流式的,分为超声速翼后置和前置两种。超声速翼后置式分离器在翼前会产生强激波从而影响系统稳定使用;超声速翼前置式分离器对翼的设计有较高的要求,往往不能产生足够大的离心加速度。本文从涡流管的进气方式中得到启发,把超声速翼从天然气分离器中移除,而把进气方式由轴向变为切向,并使用CFD软件进行了数值模拟。首先,对超声速天然气分离器工作原理从理论上进行分析与讨论。然后,对传统轴流式天然气分离器的结构参数进行理想优化选择,并据此结构参数建立相应的物理模型,利用GAMBIT软件进行网格划分,运用CFD软件对其进行了数值模拟。主要分析了其速度场、压力场、温度场,结果显示超声速翼后置式分离器在轴向x=0.19m处产生了激波,得出的结论与前人保持一致。接着在其他结构参数保持不变的情况下除去了超声速翼,并参照涡流管的结构对切流式进气喷嘴进行了设计。然后对切流式超声速天然气分离器进行了数值模拟,结果显示:高压气流在分离器内高速稳定旋转,并没有产生激波;气流切向速度在气流入口最高可达250m/s,在气液分离段气流切向速度基本保持不变,其值可达150m/s,高于超声速翼前置式分离器的切向速度,旋流比可达0.27;在气液分离段最低温度可达140k,为水蒸汽冷凝创造了良好的环境。
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