旋流管內液相動態行為的可視化研究

劉 帥, 王建軍, 鄭官軍, 王澤龍

(中國石油大學(華東) 新能源學院, 山東 青島 266580)

1 前 言

氣液分離是指將氣液兩相流中的液滴除去的工藝，用以保護下游設備避免遭受液體腐蝕，或改善液體排放量，例如濕天然氣脫水工藝、濕法煙氣脫硫系統(wet flue gas desulfurization, WFGD)煙氣除霧工藝。旋流管作為進行氣液分離的離心分離設備，主要由導葉和圓管組成，制約其分離性能的因素主要包括入口氣速、入口含液率、入口液滴粒徑及導葉和圓管的結構參數等[1]。

近年來，JACOBSSON等[2-4]對旋流管展開了研究，發現旋流管內部流場幾乎呈軸對稱分布，渦核中心比較穩定，無明顯擺動現象，有利于氣液分離；而液滴粒徑分布數據決定了旋流管的設計要求[5-9]，且對應于不同的分離效率模型[10]。另外，為提高處理量，常將多根旋流管并聯運行，并聯運行時旋流管之間的入口含液率分布不均及二次夾帶是導致分離效率下降的重要原因[11-14]。在研究液相動態行為特性過程中，歐陽璇[15]利用群平衡模型(population balance module, PBM)對液滴聚并破碎行為進行較全面的分析，發現液滴破碎概率與切向速度梯度、軸向速度梯度以及湍動能和湍流耗散率聯系緊密，液滴聚并概率與含液率聯系緊密；SCHüTZ等[16]發現液滴在分離過程中和分離之后均會發生聚并破碎，且液滴分級效率不適用于氣液分離過程，只能評價最終的液滴分級效率。JAMES等[17]提出液膜產生和流動模型，在給定液體載荷下，利用液膜分離模型與液膜厚度預測模型進行耦合計算，得出判斷是否發生二次夾帶的方法。……