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螺旋片导流式分离器气液两相流的数值模拟与试验研究

作　者: 周帼彦
导　师: 凌祥
学　校: 南京工业大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 螺旋导流结构分离器计算流体力学(CFD) 气液两相流雷诺应力模型(RSM)
分类号: TQ05
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

螺旋片导流式气液分离器是一种结构简单、高效、紧凑的气液分离装置，已广泛应用于地而或井下天然气开采中的油气分离，石油开采中的油水分离，压缩空气的净化处理以及航空宇宙中的氦气分离等。由于螺旋片导流式气液分离器内两相流场的复杂性，目前很难用解析的方法来描述整个流场特性，螺旋结构参数列分离器性能的影响尚缺乏准确的认识，分离器的压力损失没有定量的计算公式进行计算，分离效率还没有合适的求解方法。针对以上问题，本文应用CFD模拟和试验研究了螺旋片导流式气液分离器内的气液两相流，其主要的研究工作及得出的结论如下： (1)对螺旋片导流式气液分离器的应用、气液两相流模拟、液滴碰撞团聚和数值模拟的研究进展进行了评述，并提出了本文的研究目的和内容。 (2)应用计算流体动力学软件FLUENT对螺旋结构内气体单相湍流流场进行了数值模拟，得到了螺旋结构流休的流动场分布状况。通过不同结构参数模型压力场等值线图的比较分析，得到了结构参数(例如螺旋个数、螺距等)对通过螺旋结构的压力损失的影响关系，为全面了解和认识螺旋结构内流体流动状况，合理设计螺旋片导流式分离器的螺旋结构提供了依据。 (3)在湍流两相流理论分析的基础上，考虑气液两相流中液体颗粒运动的随机性特点，对颗粒相采用随机轨道模型，应用FLUENT研究了螺旋片导流式气液分离器结构参数(如螺旋个数、螺距等)的变化对分离器内气液两相流动的影响关系，得到了分离器内流体的流动场分布状况及分离效率特性，并以线图显示液体颗粒运动的轨迹。计算结果表明，应用CFD方法可以个而地显示并了解了两相流场的流动状况，是优化分离器结构、提高分离器分离性能的有效手段和工具。 (4)搭建了螺旋片导流式分离器流动场测量的实验装置，并用计算机对实验系统的压力损失和分离液体量进行数据采集。实验结果表明：实验结果与用FLUENT对流场的数值模拟结果稍有差异，但趋势相同，应用该模拟方法对复杂流场进行计算是可行的。 (5)通过理论分析推导山了螺旋结构压力损失的计算表达式，利用数值模拟数据回归分析不确定末知变量的系数，得到了螺旋结构压力损失的定量计算表达式。摘要 (6)探i寸了螺旋少}·导流式气液分离器的工程简化设计方法及应用问题，根据螺旋结构的特点和流动特性，提出了进行几何结构设计的简化计算方法，为螺旋片导流式气液分离器的优化设计提供可靠的基础。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
第一章绪论  10-23
  1.1 引言  10-11
  1.2 螺旋片导流式汽液分离器的研究应用进展  11-15
    1.2.1 汽液两相流模拟的研究进展  12-13
    1.2.2 液滴碰撞团聚的研究进展  13-15
  1.3 数值模拟的发展  15-16
  1.4 本文的主要研究内容  16-17
  参考文献  17-23
第二章气体单相流场的数值模拟  23-42
  2.1 引言  23
  2.2 粘性流体力学基本方程  23-24
  2.3 数学模型的选取  24-27
  2.4 螺旋结构单相流场的数值模拟  27-35
    2.4.1 几何模型  27-28
    2.4.2 物理模型  28-32
    2.4.3 基本方程  32
    2.4.4 RSM湍流模型  32-35
  2.5 数值模拟结果分析  35-39
  2.6 小结  39
  参考文献  39-42
第三章气液两相流场的数值模拟  42-58
  3.1 引言  42
  3.2 气液两相流计算模型  42-45
    3.2.1 连续介质模型  43-44
    3.2.2 随机轨道模型  44
    3.2.3 连续介质-轨道模型  44
    3.2.4 双流体模型  44-45
  3.3 气液两相流动特性  45-46
  3.4 螺旋片导流式分离器内气液两相流场的数值模拟  46-56
    3.4.1 几何模型  46-48
    3.4.2 物理模型  48-49
    3.4.3 基本守恒方程  49-50
    3.4.4 随机轨道模型  50-51
    3.4.5 数值求解方法  51-52
    3.4.6 数值模拟结果及分析  52-56
  3.5 小结  56
  参考文献  56-58
第四章螺旋片导流式气液分离器的流体力学试验研究  58-70
  4.1 引言  58-59
  4.2 试验方案  59
  4.3 试验装置  59-63
    4.3.1 螺旋片导流式气液分离器的试验模型  59-61
    4.3.2 试验装置及仪器  61-63
  4.4 试验测量及数据处理  63-67
    4.4.1 试验测量  63
    4.4.2 压力降分析  63-66
    4.4.3 分离效率分析  66-67
  4.5 试验与数值模拟的结果比较  67-68
  4.6 小结  68
  参考文献  68-70
第五章工程简化设计方法及应用  70-76
  5.1 引言  70
  5.2 螺旋结构阻力损失  70-72
    5.2.1 阻力损失的理论推导  70-72
    5.2.2 阻力系数表达式的确定  72
  5.3 工程简化设计方法  72-73
  5.4 工程应用实例  73-75
  5.5 小结  75
  参考文献  75-76
第六章总结与展望  76-79
  6.1 本文主要工作总结  76-77
  6.2 论文工作创新之处  77
  6.3 后期工作展望  77-79
附录  79-85
致谢  85-86
在读期间发表的论文、获得的奖励及参加的项目  86-87

螺旋片导流式分离器气液两相流的数值模拟与试验研究

内容摘要

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