天然气液化用拉伐尔管结构设计数值模拟分析

拉伐尔喷管是天然气超音速液化分离管的核心部件,对制冷和分离效果具有重要影响.采用Fluent软件对天然气超音速液化拉伐尔喷管结构设计进行数值模拟,分析了渐扩段尺寸和渐缩段线型对天然气降温效果及气流运动规律的影响.结果表明,渐扩段锥度减小导致天然气不完全膨胀,将减少温降,不利于制冷;锥度过大导致天然气过度膨胀,压降过大,...     

Laval喷管内激波位置的计算及制冷性能分析

明确激波在Laval喷管内的发生位置,能够为设计及优化Laval喷管线型提供理论依据,从而提高Laval喷管的制冷性能和整个天然气超音速分离器的分离效率。文中对Laval喷管进行了结构设计,对不同背压条件下Laval喷管内激波位置进行了理论分析与计算,并利用FLUENT软件进行了数值模拟,通过研究不同背压条件下Laval喷管内气体马赫数、压力和温度分布,对喷管制冷性能进行了对比分析。结果表明:保持Laval喷管入口压力不变,随出口背压增大,激波位置逐渐从喷管出口向喷管入口方向移动,气体受到激波的影响,在喷管所能达到的最大马赫数不断降低,所能产生的最低温度不断上升,喷管的制冷性能越差;理论计算与数值模拟结果基本一致,数值模拟验证了理论计算的正确性。     

Laval喷管气体超声速凝结流动实验研究

Laval喷管是超声速旋流分离技术的核心装置,气体在喷管内高速膨胀产生的低温效应可实现混合气体中可凝组分的冷凝分离。为明确喷管内超声速凝结流动规律,建立了超声速凝结流动实验系统,研究了Laval喷管内气体凝结流动过程,并重点对比分析了膨胀角为1.5°/3°/5°时喷管内的凝结流动参数。结果表明:气体在喷管内流动,温度压力不断降低,气体在喷管喉部处发生凝结,液滴数目急剧增长。喷管膨胀角对气体凝结过程影响明显。喷管膨胀角越大,喷管压力温度下降越快,喷管制冷效果越好。与此同时,凝结产生的液滴数目越多,半径越小。     

不同压力下Laval喷管天然气超声速脱硫化氢性能

为了研究采用Laval喷管实现天然气中硫化氢气体凝结与液化的可行性,建立了天然气中硫化氢气体超声速凝结的数学模型,研究了Laval喷管内甲烷-硫化氢混合气体超声速流动基本规律,对比了不同压力下Laval喷管天然气超声速脱硫化氢性能。结果表明:当甲烷-硫化氢双组分混合气体流入喷管后,经过喷管的渐缩段,马赫数不断增大,压力温度不断降低,在喉部处达到声速,流经喉部后气体高速膨胀,马赫数最大可达2.06;随着入口压力的升高,成核率起始位置前移、成核区域变窄,液滴数目减小,液滴半径和液相所占比重增大,Laval喷管出口处气相中硫化氢摩尔分数降低,硫化氢的脱除效率增大。     

Laval喷管内天然气低温脱除硫化氢机理

为了揭示低温条件下天然气中硫化氢气体超声速凝结特性,为实现天然气超声速旋流分离技术在天然气脱硫化氢领域的应用提供理论依据,建立了甲烷-硫化氢双组分气体超声速凝结流动数学模型,对Laval喷管内不同组分比例条件下甲烷-硫化氢双组分气体凝结流动进行了数值模拟,得出了Laval喷管内温度、压力、速度、成核率、液滴数目、液滴半径、液相质量分数的分布情况。结果表明,随着入口硫化氢含量的增加,入口过冷度增加,更容易达到凝结所需要的极限过冷度,成核发生位置越靠近喉部,且成核区间变窄,极限成核率增大;硫化氢气体凝结释放的潜热对流场产生影响,使得马赫数和过冷度略有降低,之后几乎保持稳定至出口;入口硫化氢含量较高时,硫化氢液滴半径较大,Laval喷管出口液相所占比重较大;而当入口硫化氢含量较低时,液滴半径明显减小,Laval喷管出口液相硫化氢所占比重几乎为0,硫化氢的脱除效率较低。     

入口压力对天然气超声速液化特性的影响

为研究入口压力对天然气混合物超声速液化特性的影响规律,建立了三维双组分天然气混合物超声速凝结流动数学模型,对Laval喷管内双组分混合物凝结流动进行了数值模拟,得出了沿Laval喷管轴向的参数分布,通过开展双可凝组分气体凝结相变实验,对比发现数值模拟与实验结果基本一致,说明了所建立的数学模型及计算方法的正确性。还研究了入口压力对甲烷-乙烷混合物超声速液化特性的影响,结果表明,保持Laval喷管入口温度及组成不变,增大入口压力,混合气体成核位置前移,成核率、平均液滴半径、液相质量分数均随之增大,即入口压力越大,混合气体在Laval喷管内越易发生凝结,在实际生产中可以通过调节入口压力来促进天然气的凝结,提高Laval喷管的液化效率。     

高炉污泥旋流法颗粒分离的数值模拟

本文采用一种简化的多流体多相流模型及雷诺应力湍流模型建立了水力旋流器内液固多相湍流流动的数学描 述,并对高炉污泥旋流分离进行了数值模拟,获得了水力旋流器内高炉污泥流动的流场及颗粒分级效率曲线,数值计算得 到的颗粒分级效率曲线与实验结果吻合很好。数值结果还表明,底流管直径较小的旋流器分离高炉污泥的效果较好。     

喷管制冷作用在天然气脱酸气中的应用研究

结合BWRS真实气体状态方程、移轴Witoszynski公式、圆弧加直线及特征线法设计喷管型面,利用Fluent软件模拟喷管内气体的流动过程,并分析入口参数及出口背压对喷管制冷效果及气体液化过程的影响。研究表明:喷管的制冷作用可满足天然气中酸性气体的液化条件;提高入口压力或降低入口温度均可提高喷管的制冷效果,促进气体的液化过程;出口背压的提高会导致激波进入喷管,破坏液化环境,因此应合理选择背压以保证喷管的制冷性能。     

渐缩型锥形脉管制冷机的二维数值研究

本文开发了二维可压缩交变流动的SIMPLEC计算程序,对渐缩型锥形脉管制冷机进行了二维数值研究,研究了锥度对脉管制冷机性能的影响。数值计算结果表明,对渐缩型锥形脉管,存在一最佳锥度,此时的制冷效果最好,当锥度大于最佳锥度时,制冷效果反而变差。另外本文还从脉管内流场的分布及二次流的角度揭示了锥形脉管能提高制冷机性能的原因及内在机理。一定锥度下的锥形脉管不但可以改变脉管内二次流的大小,还改变了脉管内二次流的分布情况,使脉管冷热端的二次流分布变得不均匀。这是一定锥度下的锥形脉管可以改善脉管制冷机制冷效果的主要原因。     

基于超音速两相膨胀的新型CO2制冷循环研究

提出了一种基于超音速两相膨胀的新型CO2制冷循环,开展热力学分析和模拟计算.结果 显示:在空调温区工况,新型CO2制冷循环COP较现有性能相对最优的CO2跨临界制冷循环COP提升了63.2％,且系统运行高压大大降低;自然工质气体添加剂对循环性能有较大影响,加入C2H6和N2后制冷温度更低,加入C2H6可提高相对卡诺效率,且随加入量的增加,效果越显著,当加入30％的C2H6时,可获得最大相对卡诺效率为0.93,较单一CO2的相对卡诺效率提高了26％,而加入N2则降低相对卡诺效率;超音速两相膨胀机入口压力、入口温度和旋流分离段出口压力均对循环性能有较大影响,可调节以上参数提升循环制冷表现.研究表明:新型CO2制冷循环具有较好的原理可行性,为CO2有效利用、人工合成制冷剂替代、CO2高效制冷提供一种可能的参考.