高速膨胀天然气凝结流动特性

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1、石油学报(石油加工)2016年2月ACTAPETROLEISINICA(PETROLEUMPROCESSINGSECTION)第32卷第1期文章编号：1001—8719(2016)Ol一0073—09___I-．一口同速膨胀天然气凝结流动特性杨文，曹学文，徐晓婷，李开源，王迪(中国石油大学储运与建筑工程学院，山东青岛266580)摘要：结合气、液相流动控制方程组、内部一致经典成核理论、Gyarmathy液滴生长模型、液滴表面张力模型、一∞湍流模型及NIST真实气体模型，对自行设计的Laval喷管内天然气自发凝结流动过程进行数值模拟研究。结果表明，在La

2、val喷管扩张段内，随着过冷度的增大，将发生甲烷气体凝结成核及生长现象。对于固定出口马赫数的喷管，更低人口温度或更高入口压力将使凝结发生在更靠近喉部处，且液滴成核率最大值及气体湿度均更大；比热比值将随人口温度的降低或入口压力的升高而增大，导致压降及温降增大，较低的人口温度或较高人口压力将使出口温度或出口压力低于三相点，可能导致气体无法液化。随着压比的增大，喷管内产生了激波，且逐渐向人口方向移动；激波产生后液化环境随即被破坏，湿度立即变为0。喷管出口马赫数增大对液滴成核率影响较小，能促进液滴生长过程，但过大马赫数可能导致气体无法液化。喷管出口处气体未达到

3、热力学平衡状态时，可在直管段内继续凝结，同时压缩波和摩擦效应将使得液滴气化。各入口条件下，甲烷气体在喷管出口处湿度均低于0．1，液化效率较低。关键词：超声速；Laval喷管；凝结；激波；数值模拟中图分类号：TE86文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—8719．2016．01．011FlowandCondensationCharacteristicsofNaturalGasWithHighSpeedExpansionYANGWen，CAOXuewen，XUXiaoting，LIKaiyuan，WANGDi(CollegeofPi

4、pelineandCivilEngineering，ChinaUniversityofPetroleum，Qingdao266580，China)Abstract：NaturalgasspontaneouscondensationprocessindesignedLavalnozzlewasnumericallysimulatedbyusinggasgoverningequations，liquidgoverningequations，internallyconsistentclassicalnucleationtheory。Gyarmathymode

5、l，surfacetensionmodel，忌一modelandtheNISTrealgasmode1．TheresultsshowedthatgascondensationandliquidgrowthofmethaneoccurredintheLavalnozzledivergentsectionwiththeincreaseofundercooling．AlowerinlettemperatureorhigheriMetpressuremadethecondensationoccurclosertothethroat，andthemaximumv

6、alueofnucleationrateandthegashumiditybelargerforanozzlewithfixedexitMachnumber．Thegasoutlettemperatureorpressurewouldbelowerthanthetriplepointattoolowinlettemperatureortoohighpressurebecauseoftheeffectofspecificheatratio，andthegasmightnotbeliquefied．ShockwavesgeneratedinLavalnoz

7、zlemovedtowardstotheinletwiththeincreaseofpressureratio．Thecondensationenvironmentwasdestroyedwhentheshockwavesgenerated，andthehumidityimmediatelyreachedzero．TheincreaseofoutletMathnumbercouldpromotetheliquidgrowth，andhadnoapparentinfluenceonthenucleationrate．ToohighoutletMachnu

8、mberwouldcausetheliquefactionofgas．Gascondensed