超音速旋流分离数值模拟与实验研究

admin · 发表于 2023-10-3 18:41:35

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旋流Laval喷管因其独特性在诸多领域有着广泛的应用，从它发展而来的超音速旋流分离技术已成为继甘醇和透平膨胀机之后的一个重要脱水技术，它具有结构简单紧凑，无转动部件，可靠性高，无化学处理系统，低投资和维护费用等优点。含湿气体经旋流Laval喷管绝能等熵膨胀到超音速，形成低温低压，可凝组分凝结成液滴，强大离心力将其甩到喷管内壁或近壁区，并由外层气流携带分离出来。本文对超音速旋流分离的旋流流动特性、凝结流动特性和分离性能进行了数值模拟和实验研究，以为其流场和结构的改进提供详实可靠的依据。着重分析了强旋流和凝结对超音速流场的影响、主要参数的变化规律和气液分离性能。通过以上研究得出以下主要结论：随旋流强度的增大，离心加速度逐渐增大，喉道和激波位置前移，流量减小，喷管内外壁面压差增大，成核率几乎不变；凝结释放潜热，使流场温度升高、马赫数降低、静压升高、总压降低，激波位置有所前移；喷管内壁面上的液膜流速较慢，不但容易结冰，同时也为水合物的形成创造了条件；提出以壁面恢复温度为标准的结冰判断准则，当喷管内壁面恢复温度低于0℃时，超音速流场容易结冰；露点降随压力损失的增大而增大，随入口气流总温的增大而增大，露点降与气流总温的关系表明气体深度脱水更难。

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