天然气加湿机的研究

【摘要】：在城市燃气由人工煤气向天然气的转换过程中，加湿处理是延缓对铸铁管道进行更换的有效过渡方法，也是旧有燃气管网泄漏修复方法之一。“加湿”的实质是将加湿剂进行雾化处理，并注入工作介质中的过程,其核心装置为加湿机。为此，本文针对使用广泛，能直接以城市燃气中、低压管网压差为动力源的压力雾化式加湿器进行研究。 研究中，在消化吸收国外先进的压力雾化式加湿机技术，分析天然气加湿输送及雾化喷嘴技术现状的基础上，确定了加湿机的型式和基本结构参数与工作参数，探讨了天然气加湿机雾化喷嘴的设计计算方法，形成了由稳压段、型面曲线为维托辛斯基曲线的收缩段、喉部直管段和锥型扩张段所组成的laval雾化喷嘴；建立了Laval喷嘴的几何模型，确定了喷嘴雾化的初始条件和边界条件，以水作雾化工质，甲烷为载气，利用CFD软件-Fluent，重点开展了laval喷嘴雾化的数值模拟研究，确立了加湿机设计方案。 在laval喷嘴雾化数值模拟的参数设置中，采用三维分离隐式求解器进行求解，时间格式为非稳态格式，连续相密度方程采用理想气体密度方程，粘性方程选用标准k ξ模型，亚松弛因子为默认值，计算的收敛性根据残差和质量守恒情况确定。按照上述基本参数的设置情况，运用FLUENT两相流模型，模拟得到了喷嘴喉部采用单向吸液和对称双切向吸液时喷嘴内部的压力场、速度场；采用欧拉-拉格朗日离散相模型进行了喷嘴出口雾化场的模拟，给出了喷嘴在不同气相压力、流量和扩张段长度下的出口压力、速度和雾滴分布情况。结果表明：（1）对称双切向吸液方式可有效提高流场及气液混合的均匀性；（2）为细化雾滴的粒径，提高雾化效果，可适当增大气相压力和流量，减小扩张段长度和出口直径；（3）所设计喷嘴的雾化粒径可细化到1.6微米，基本满足天然气加湿输送的需要。 【关键词】：天然气 加湿技术 雾化喷嘴 数值模拟
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TE97
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 选题背景及研究意义8-9
• 1.2 国内外相关领域的研究现状9-12
• 1.2.1 天然气加湿输送工艺的使用情况9-11
• 1.2.2 雾化喷嘴11-12
• 1.3 雾化过程研究简介12-13
• 1.4 本文主要研究内容13-15
• 1.4.1 研究目标13
• 1.4.2 主要工作13-15
• 第二章 喷嘴雾化的基本理论及雾化性能15-21
• 2.1 基本方程15-16
• 2.2 湍流模型16-17
• 2.3 喷雾模型17-19
• 2.3.1 液滴碰撞模型17-18
• 2.3.2 喷雾雾滴破碎模型18-19
• 2.3.3 动态曳力模型19
• 2.4 雾化性能19-21
• 2.4.1 雾滴尺寸19-20
• 2.4.2 雾化性能的影响因素20-21
• 第三章 加湿机的型式及基本参数21-24
• 3.1 拟开发天然气加湿机的机型21
• 3.2 压力喷雾式加湿机工作原理21-22
• 3.3 加湿机工作参数的确定22-24
• 第四章 加湿机雾化喷嘴的基本结构参数24-35
• 4.1 收缩段结构尺寸的确定24-28
• 4.1.1 收缩段长度24-25
• 4.1.2 收缩段型面的选择25-28
• 4.2 喉部28
• 4.3 扩张段基本结构参数的确定28-31
• 4.3.1 扩张段长度28
• 4.3.2 扩张段型面的选择28-31
• 4.4 稳定段长度的确定31
• 4.5 喷嘴的基本结构参数31-35
• 第五章 加湿机雾化喷嘴的建模与边界条件的设定35-40
• 5.1 建模35-36
• 5.2 网格划分36-39
• 5.3 边界条件39-40
• 第六章 加湿机雾化喷嘴数值模拟与结果分析40-89
• 6.1 雾化介质的单相流场40-48
• 6.1.1 计算方法验证40-45
• 6.1.2 不同背压下的结果比较45-48
• 6.2 气液两相流流场48-89
• 6.2.1 计算方法验证48-50
• 6.2.2 喷嘴内部流场的研究（欧拉模型）50-67
• 6.2.3 喷嘴外部流场的研究（DPM 模型）67-89
• 第七章 结论89-90
• 参考文献90-92
• 致谢92-93
• 个人简历93
• 在硕士期间发表的论文93-94
• 附录94

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