PSC-100型導葉式旋風(fēng)管內的氣相流動(dòng)分析
采用五孔球探針對不同結構參數和操作參數下PSC - 100型導葉式旋風(fēng)管的流動(dòng)參數進(jìn)行了測量,得到旋風(fēng)管內氣相流場(chǎng)的三維速度和靜壓的分布情況。試驗結果表明,切向速度在大部分分離空間沿徑向更加趨近于等速流;軸向速度有明顯的上下行流分界,且分界位置靠近邊壁,沿軸向分界位置逐漸向邊壁移動(dòng);徑向速度的方向在絕大部分分離空間近壁處沿徑向向外,中內區域沿徑向向內;靜壓沿徑向從邊壁到中心逐漸降低。當改變結構參數時(shí),導流錐的開(kāi)縫面積比對流動(dòng)參數中切向速度的影響最為顯著(zhù),即導流錐開(kāi)縫面積比越大,所對應流場(chǎng)的切向速度值越大,因而旋風(fēng)管的旋轉強度越大,分離效率越高。實(shí)驗研究的結果為天然氣凈化用多管式旋風(fēng)分離器的結構優(yōu)化與工程設計提供了參考依據。
1、前言
在天然氣輸送系統中,需要在輸氣管道的首站、中間站、調壓計量站和配氣站等處安裝分離除塵器和分離過(guò)濾器等,以去除其中的固體雜質(zhì)、凝析液、水酸性氣體及其他有害成分。其意義在于不但保證安全、穩定、高效地完成天然氣的輸送任務(wù),而且變廢為寶,使資源得到充分利用[1] 。旋風(fēng)分離器是利用離心力從氣體中除去粒子的設備,其內部氣流型式很復雜[2] 。由于旋風(fēng)分離器內液滴(或塵粒)從氣體中的分離是在氣、液和固相流動(dòng)的過(guò)程中完成的,氣相流動(dòng)是實(shí)現分離過(guò)程的基本條件,所以,要預測旋風(fēng)分離器的效率和阻力,合理設計旋風(fēng)分離器,就必須清楚了解除塵器內氣流分布的實(shí)際狀況。本文采用試驗方法研究不同因素作用下天然氣凈化用氣液固三相分離器的核心部件—PSC - 100型導葉式旋風(fēng)管的流動(dòng)參數分布規律;研究不同結構參數對旋風(fēng)分離器內氣流分布的影響規律,為旋風(fēng)管的結構改進(jìn)、尺寸優(yōu)化及分離機理的研究提供必要的參考依據。
2、試驗裝置與測量方法
試驗裝置主要由風(fēng)機、通風(fēng)管道系統、旋風(fēng)管本體和測量系統四部分組成,如圖1所示。裝置整體處于負壓下操作,旋風(fēng)管由透明有機玻璃制成,壁厚為5mm,導流錐由鋼件制成。管道上的畢托管用來(lái)測量和計算旋風(fēng)管入口流量的大小。旋風(fēng)管進(jìn)、出口處靜壓由U形管壓差計測量。以旋風(fēng)管的進(jìn)出口靜壓差值之差作為總壓降。
試驗采用智能型五孔球探針為測量工具[3、4] 。選取4個(gè)結構參數不同的導流錐和1個(gè)直管段,分別在相同的操作參數下測量其流場(chǎng)分布情況。測量得到三維速度分別是切向速度Ut、軸向速度Uz ,徑向速度Ur , 其中軸向速度定義方向向下為正值,徑向速度定義沿半徑向外為正值,測量到的氣流壓力參數包括總壓Pt 和靜壓Ps。試驗的測量截面分布圖如圖1中所示,為了全面測量旋風(fēng)管中流動(dòng)參數的分布情況,分別在旋風(fēng)管的導流錐環(huán)形空間,分離空間,灰斗空間內布置測量截面。在導流錐環(huán)形空間,徑向上每個(gè)測點(diǎn)間距2mm, 在分離空間, 徑向上每個(gè)測點(diǎn)間距3mm,在灰斗空間,徑向上每個(gè)測點(diǎn)間距5mm,最外測點(diǎn)距器壁5mm。每一個(gè)測點(diǎn)位置采樣6 次后取平均值。試驗時(shí),以導流錐下口為坐標原點(diǎn),向下為正向。
4、結語(yǔ)
PSC-100型導葉式旋風(fēng)管由于采用了帶有開(kāi)縫的導流錐排氣結構,分離空間內切向速度分布更加趨近于等速流,增大了流場(chǎng)的旋轉強度,有利于分離進(jìn)行。
導改錐的結構參數對PSC - 100型旋風(fēng)管內的氣相流動(dòng)分布有顯著(zhù)影響。導流錐的開(kāi)縫面積比越小,旋風(fēng)管內的氣流切向速度值越高,對分離越有利。
參考文獻
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