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螺旋气液分离器流场模拟及实验研究

作　者: 孟玲莉
导　师: 韩洪升
学　校: 大庆石油学院
专　业: 油气储运工程
关键词: 螺旋流 数值模拟 螺旋气液分离器 幂律流体 紊流 分离效率 PIV
分类号: TQ021.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


在石油,化工等行业的许多场合都需要采用气液分离器对气液混合介质进行分离,以完成产品净化或满足工艺流程的技术要求。螺旋气液分离器是近年来在国内外广泛应用于石油石化行业的成熟的多相分离计量装置,具有制造成本低、质量轻、准确率高、自动化程度高、稳定性能好等优点,使其具有广阔的使用前景,可用于地面或井下天然气的油气分离,石油开采中的油水分离,压缩空气的净化处理,航空宇宙中的氦气分离,还可以用作水处理装置[1]。螺旋式气液分离器内部具有固定的螺旋结构及桥式通道,通过离心力的作用使得密度差较大的气液两相物质得以分离。该分离器的工作性能取决于螺旋的螺距、螺旋圈数、气泡直径、螺纹长度,螺纹叶片厚度、流速以及气液比。如何提高螺旋气液分离器的分离效率,一直是分离器研究的重点,为此本文采用数值模拟的方法结合实验研究对影响分离器性能的几个结构因素做了综合的评估,为研究气液分离器内部的流场情况及分离效率提供参考依据,同时,可对实际的情况起指导作用。本文利用PHOENICS软件在三维笛卡尔坐标系下建立了在分离器内部单相流动和两相流动的物理模型,采用SIMPLEST流场数值计算法的同时,应用IPSA两相流相间滑动算法,利用有限体积法来实现控制方程离散化,紊流计算模型选取k -ε两方程模型,近壁面采用壁面函数法来处理以实现所求变量的近似解。通过Tecplot、Sci和Origin等软件对数模数据进行后处理,得到了单相流动中,影响压降的因素以及螺旋分离器内部流场情况;以及两相流动时,影响气液分离效果的因素。本文采用的是一种新式的螺旋分离器,即具有双螺旋结构的螺旋气液分离器,模拟介质以聚合物溶液和空气来代替实际的工作介质。其模拟结果与实验所得数据的趋势基本复合,说明数值模拟可以作为有效的研究螺旋分离器气液分离效果的一种方法。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
创新点摘要  7-10
前言  10-15
第一章 计算流体动力学（CFD）软件  15-27
  1.1 CFD 软件通用性  15-16
  1.2 CFD 的求解过程  16-18
  1.3 常用的离散化方法  18-19
  1.4 流场数值解法  19-21
  1.5 离散网格  21-22
  1.6 几种著名CFD 通用软件  22-23
  1.7 关于PHOENICS 3.6  23-27
    1.7.1 PHOENICS 软件的结构及功能  23-25
    1.7.2 常用的后处理软件  25-27
第二章 分离器内单相流动的数值模拟  27-45
  2.1 PHOENICS 软件简化的数学计算模型  27-28
    2.1.1 关于PHOENICS 的数学计算模型  27
    2.1.2 关于数值模拟的边界条件  27-28
  2.2 控制方程  28-30
  2.3 湍流数值模拟方法  30-31
    2.3.1 直接数值模拟(DNS)  30
    2.3.2 大涡模拟  30-31
    2.3.3 Reynolds 平均法  31
  2.4 壁面函数法  31-32
  2.5 分离器内单相流动的数值模拟  32-34
    2.5.1 几何模型的建立  33
    2.5.2 物理模型的建立及边界条件  33-34
  2.6 PHOENICS 软件模拟过程中所要注意的问题  34-37
    2.6.1 关于PHOENICS 的网格结构  35-36
    2.6.2 关于数值模拟的收敛  36-37
  2.7 数值模拟结果  37-45
    2.7.1 分离器内部压降云图  38-43
    2.7.2 利用PHOTON 后处理  43
    2.7.3 横截面压降云图  43-45
第三章 分离器内单相流场实验研究  45-58
  3.1 实验装置  45
  3.2 实验准备工作  45-47
    3.2.1 配制工作介质  46-47
    3.2.2 选取合适的测量材质  47
  3.3 实验步骤  47-48
  3.4 紊流实验数据的处理方法  48-49
  3.5 实验结果与分析  49-56
    3.5.1 实验所得到得的速度云图，流线图  49-52
    3.5.2 实验数据分析得到的速度分布曲线  52-53
    3.5.3 实验数据分析得到的涡量图  53-56
  3.6 模拟结果与实验结果比较  56-58
第四章 分离器气液两相流动数值模拟  58-77
  4.1 描述气液两相混合物流动的一些基本参数  58-59
  4.2 两相流中相的定义  59-61
  4.3 两相流动数值模拟  61-64
    4.3.1 几何模型的建立  61-62
    4.3.2 物理模型的建立及边界条件  62-64
  4.4 模拟结果  64-75
    4.4.1 分离器内部速度矢量图及压降图  64-66
    4.4.2 分离效率  66-74
    4.4.3 结论分析  74-75
  4.5 两相流动模拟结果与实验结果比较  75-77
结论  77-78
参考文献  78-81
发表文章目录  81-82
致谢  82-83
详细摘要  83-90

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工过程（物理过程及物理化学过程） > 基础理论 > 流体力学过程及原理
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