大管径八流道螺旋喷嘴涡流管流动与传热数值模拟

为了探究大管径涡流管内流场分布规律和冷热分离机理,建立大管径八流道螺旋喷嘴涡流管三维模型,选取甲烷作为工质气体进行数值模拟,并对相关物理场进行重点分析。研究结果表明:涡流管内径向存在一环形区域,内外旋流气体在区域内相互剧烈作用,总压迅速减小,不可逆熵增大,能量快速传递,总温产生分离;同时,在一定入口总压、总温下,调节热端出口背压,涡流管存在最佳的制冷、制热温差以及最优的制冷、制热量,且同一冷流比下,工质气体的单位制冷量要优于单位制热量。

大管径八流道直流喷嘴涡流管流动与传热数值模拟

为了充分掌握大管径涡流管内流场分布规律和能量分离原理,将涡流管更好地应用于气田现场,本文构建了大管径八流道直流喷嘴涡流管三维计算模型,以甲烷作为工质气体进行数值模拟研究,并对相关特征物理量进行了研究分析。研究结果显示当工质气体入口总压为0.5 MPa、入口总温为290 K时,改变热端出口背压,随冷流率变化,涡流管最大制冷、制热温差分别达到29 K和18 K,最大单位制冷、制热量达到17.25 kJ和15.43 kJ,并且同一冷流率下,工质气体的单位制冷量要高于单位制热量;涡流管内部内外旋流气体之间的相互作用是能量相互传递、总温产生分离的基础。以上成果认识,对进一步将涡流管技术应用于天然气工业现场,解决气田现场存在的工程技术难题具有指导和借鉴价值。