油中脱气问题经常出现在石油化工、发动机润滑系统等场合,除气能力的优劣直接影响相关设备及机械的正常运转。根据液中含气量的多少可以分为超大临界液气比分离、常规液气比分离和超小液气比的脱气问题;与使用目的相关,两相分离的具体要求不同:脱气问题要求底流口分离质量高,除雾问题对溢流口分离质量要求高,某些特殊问题对两口分离质量都有要求。本文研究重点在于液中脱气,如油中脱气,重点关注底流出口液相分离质量。同时关注流量变化、气液比和介质特性等对分离性能和压降特性的影响。本文主要进行了以下几方面的研究:1.将分级分离理念应用于脱气器设计中,提出双级脱气的结构,可兼顾设备容积效率和分离效率。在标准工况下,通过对当前服役的油中脱气器内部流动分析,发现螺旋流道除凝集作用外并未发生分层现象,改用隔板将分离过程分隔成各自独立的双级脱气过程,首级脱气过程完成粗脱,降低分离器操作负荷,次级脱气采用高速旋流完成精细分离,提高分离效率。遵循“模拟-分析-结构改进”循环方式进行连续的结构优化,并进行关键参数研究,获得了相应的优化流场和创新的双级动压式脱气器结构。2.根据最优化结构加工完成实验样机和搭建相应的实验台,进行了脱气器压降特性和分离特性的实验研究。液气比-压降和液气比-分离效率实验发现压降随着含气量的增加而减小,分离效率随着气相体积分数增加先增大后减小;流量-压降和流量-分离效率实验发现流量最优区间在最大流量的80%附近,过高或过低效果都不佳;温度-压降和温度-分离效率的实验,发现压降随温度升高而下降,趋势先急后缓,分离效率在最高温度的60%附近达到最佳。在进行实验的同时,对相应数据点进行了数值模拟,并将实验和数值模拟的结果进行比较,得出了脱气器的性能特性。去除测量随机误差和实验系统阻力影响,实验和模拟结果趋势上吻合良好。3.双级脱气器在多自由度运动环境中的分离特性适应性研究。通过动量控制方程添加多自由度动态源项方式,建立可模拟平移加速和晃荡(如横晃纵荡等)等工况下的气液分离数值模型,可实现动态脱气过程数值研究。本文主要研究了平移加速度、晃荡角速度和晃荡半径对脱气过程的影响。研究表明,晃荡状态对脱气过程的影响比平移加速过程严重。在平移状态下,加速度会的改变流场特性,气液相界面上升,压力增大,并使脱气器性能和效率出现小幅度的下降,但脱气过程仍可以正常进行;在晃荡状态下,晃荡半径对脱气过程的影响远大于角速度,过大的晃荡半径会导致大面积的气液搅浑,液相返流,速度场紊乱,压力骤增等现象。因此建议在安装脱气器时首先考虑安装位置,应将脱气器位置安排在靠近晃荡中心的位置,其次考虑工况中极限晃荡角速度的影响,最后考虑平移加速度的影响,方能最大程度降低动态工况对脱气器性能的影响。