Методика расчета и моделирования процесса фазоразделения газожидкостного потока в противоточной вихревой трубе

• Автор: Целищев, Антон Владимирович
• Шифр специальности: 05.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 156 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Эффект фазоразделения газожидкостного потока при вихревом течении
1.1 Использование вихревой технологии в процессах разделения и очистки газовых смесей
1.2 Обзор теоретических исследований процесса фазоразделения многофазных течений в вихревых трубах
1.3 Анализ экспериментальных исследований процесса сепарации газожидкостного потока в вихревых трубах
1.4 Обоснование направления исследований и постановка задач
Глава 2. Исследование процесса массовой стратификации компонентов газожидкостного потока в вихревой трубе
2.1 Механизм процесса фазоразделения компонентов газожидкостного потока в камере вихревой трубе
2.2 Математическая модель двухфазного вихревого течения
2.3 Алгоритм моделирования процесса низкотемпературной сепарации газожидкостного потока в вихревой трубе противоточной конструкции...63 Глава 3. Численное моделирование процесса течения двухфазного потока в вихревой трубе
3.1 Общие принципы методики моделирования многофазных вихревых течений
3.2 Численная модель процесса течения газожидкостного потока в вихревой трубе с сепарационным узлом
3.3 Формирование пристеночного течения жидкой фазы в закручивающем устройстве вихревой трубы

3.4 Результаты численного моделирования процесса фазоразделения
газожидкостного потока в вихревой трубе
Глава 4. Экспериментальное исследование сепарационных характеристик вихревой трубы
4.1 Описание объекта исследования и методики эксперимента
4.2 Исследование влияния конструктивных и газодинамических параметров на сепарационные характеристики вихревой трубы
4.3 Рекомендации по выбору параметров и режима работы вихревой трубы с сепарационным узлом
4.4 Методика расчета и моделирования процесса фазоразделения газожидкостного потока в противоточной вихревой трубе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ВВЕДЕНИЕ
Исследование процессов разделения газодисперсных потоков, а также совершенствование методов расчета и проектирования устройств очистки газов от жидких и твердых примесей является задачей весьма актуальной. Закрутка газового потока значительно интенсифицирует процесс отделения частиц тяжелой фазы благодаря центробежным силам. К устройствам, использующим свойства закрученного потока, относятся вихревые трубы, которые широко используются для очистки природных газов от жидких компонентов (влаги и тяжелых углеводородов).
На эксплуатационные характеристики устройств, работающих с закрученными газожидкостными потоками, влияет большое количество факторов, таких как организация закрутки потока, влияние режимных и конструктивных параметров аппарата. Экспериментальные исследования однофазных и тем более двухфазных закрученных потоков осложняется также тем, что турбулентное вихревое течение имеет сложный пространственный характер движения вследствие неравномерности распределения параметров в продольном и поперечном направлениях, а также наличия возвратно-циркуляционных зон. Течение двухфазного потока также осложняется процессами взаимодействия фаз между собой и с ограничивающими поверхностями.
Существующие методы расчета параметров работы вихревых устройств основаны на экспериментальных зависимостях, полученных для определенных конструкций аппаратов, и не позволяют описывать тенденции изменения технологических характеристик аппаратов при вариации режимных параметров. Для вихревых устройств, работающих с газожидкостными смесями, эта проблема особенно важна, поскольку наличие в потоке жидкой фазы приводит к непрерывному изменению структуры течения и значительному отклонению эксплуатационных характеристик аппаратов.
) (I * I 1 ЦТ"" )

'1 ”
I „ . III 8 к :г
I - очищенный газ в коллектор; II — газ из скважины; III — конденсат Рисунок 1.8- Схема опытной установки с вихревой трубой (МЭИ)
Холодный поток из вихревой трубы подавался в сепаратор 5, а горячий поток - через вентиль 3 на охлаждение в теплообменнике 7, а затем в сепаратор 6 на отделение конденсата. Конденсат и влага из сепараторов 5 и 6 поступали на измерение в емкость 8. В данной схеме рекуперация холода производилась в двух теплообменниках при разделении холодного потока на две части-. Охлаждение горячего потока вихревой трубы проводилось для отделения жидких примесей сконденсированных непосредственно в камере вихревого аппарата.
При высоком давлении природного газа на входе в установку, значительная часть конденсата образовывалась не в теплообменнике установленным перед вихревой трубой, а непосредственно в камере аппарата при снижении давления газа вследствие его расширения. В этом случае конденсат уходил в горячий поток и испарялся, что и было подтверждено при испытаниях вихревой трубы. С возрастанием доли холодного потока р. > 0,5 резко увеличивается удельное количество конденсата в горячем потоке. Было установлено, эффективность отделения конденсата на 30% превышала показатели дросселирования.
Из ряда других экспериментальных работ, показавших эффективность применения вихревых труб в схемах низкотемпературной очистки газов [9,