基于CFD的气液旋流分离器流场模拟与结构优化研究

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在天然气的气液分离过程中,可以采用重力沉降法分离,这种方法是最经济可行的分离方法。但是传统的重力式气液分离器除了普遍存在体积大、生产成本高等缺点外,其适应性也差,即工况条件一变,分离器可能就达不到设计的分离能力。而旋流分离器在气固分离中具有高效节能且适应性好的特点,利用类比,本文通过对旋流分离器在气液分离中的应用研究,在天然气的工业生产中具有重要的应用意义。针对某天然气厂的原料气,本文利用CFD技术,分析了旋流分离器内部的流场规律以及影响分离效率的因素,并在一些方面与传统卧式重力分离器进行了对比。根据气液分离器的分离理论基础,设计得到旋流分离器的尺寸,依此建立了分离器的物理模型。并根据分离器和分离物料的特点,多相流模型选择DPM模型、湍流模型选择标准k-ε模型、求解算法选择SIMPLEC。通过对流场的分析,可知优化旋流分离器的结构以进一步提高分离器的分离效率的方向有:尽量避免有短路流的产生和减少湍动能的损失。通过对影响分离器分离效率的因素进行分析,可知在其他条件相同的情况下:粒径越大,分离效率越高;液滴密度越大,分离效率越高;进气速度越大,分离效果越好。在进气速度为5.83 m/s、液滴密度为587.7 kg/m3、液滴粘度为0.2039 kg/(m·s)的工况下,进气速度、液滴密度或液滴粘度的波动对分离效率影响比较小,分离效率均超过90%,旋流分离器具有良好的适应性。优化结构参数后,返混和短路流都减少了,旋流分离器的分离效率进一步提高。
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