螺旋片导流式分离器气液两相流的数值模拟与试验研究

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。