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天然气离心式气液分离器的结构设计及流场数值模拟
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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RNG~(κ-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。
Centrifugal separator is used in solid-liquid separation, liquid-liquid separation and gas-liquid separation widely as its simple structure, easy to manufacture and high separate efficiency. Now, the function of centrifugal separator in petroleum, mine, chemical, medication instrument is unsubstitutable.
     A new kind of centrifugal separator for gas-liquid separation is developed, improving on the structural of the ordinary centrifugal separator. The experiment shows that the problem of gas-liquid inclusions which is often appeared in gas-liquid separation at determinate pressure could be solved by this kind of separator. The fluxion field of gas-liquid flow inside the centrifugal separator for gas-liquid separation is improved. The conclusions gained that the separator have a high separating efficiency up to 90% about 3-8μm liquid component in mixture of gas-liquid.
     The CFD(Computational Fluid Dynamics) software Fluent is used, a numerical simulation is made about the fluxion inside the new centrifugal separator for gas-liquid separation. The trinodal triangle cell is used to insure the precision of the model.Meanwhile, by using the amendatory RNG~(k-ε) equation the fluxion model is set up, in order to adapt the gas-liquid separator designed for this research.Based on this, the Newton- Lagrange method is used to calculate. Double-precision calculation is used to make sure the precision of the outcome. The second order aweather format is used to the scatter of the equation. SIMPLE arithmetic which is classical in CFD calculation is used to coupling of pressure- velocity. The results are given.
     The separate efficiency of all kinds of separators designed in differente structures are tested, which shows that the result of the experiment and the result of numerical simulation are the same. Theoretic foundation is affoeded by these datas in practical application.
引文
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