一種超音速氣液旋流分離裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超音速氣液旋流分離裝置，包括收縮段、擴(kuò)張段、等直段和分離段，所述的分離段包括擴(kuò)張的外殼，中心錐體通過(guò)葉片與外殼相連接，中心錐體的錐面與外殼之間還設(shè)有分離隔板，分離隔板的前緣在中心錐體頂點(diǎn)的后方；中心錐體的軸線與等直段的軸線相重合，中心錐體與分離隔板之間構(gòu)成環(huán)形通道，分離隔板與外殼之間形成環(huán)形集液腔通道。本發(fā)明可以將激波控制在某一固定位置處，減小乃至消除激波位置的波動(dòng)對(duì)流場(chǎng)的影響，從而提高分離效率，擴(kuò)大裝置的工作范圍，同時(shí)通過(guò)組織激波系的結(jié)構(gòu)，降低由激波引起的壓力能損失。
【專利說(shuō)明】一種超音速氣液旋流分離裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于天然氣氣液分離【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種超音速氣液旋流分離裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣具有熱值高、無(wú)污染、使用方便等特點(diǎn)，是一種高效、潔凈的能源。然而剛開采出來(lái)的天然氣含有液態(tài)水、固體顆粒、水蒸氣、重?zé)N等雜質(zhì)，為了滿足外輸和使用要求，必須控制這些雜質(zhì)的含量。其中，呈現(xiàn)氣態(tài)的水蒸氣和重?zé)N的分離難度最大。目前的天然氣除濕技術(shù)主要有三甘醇脫水系統(tǒng)、J-T閥低溫分離系統(tǒng)、透平膨脹機(jī)脫水系統(tǒng)、分子篩分離脫水系統(tǒng)等。超音速天然氣旋流分離裝置是近幾年剛出現(xiàn)的除濕新技術(shù)，無(wú)需化學(xué)藥劑和人員值守、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低，是一種非常高效的天然氣除濕方法。此技術(shù)可以充分利用天然氣氣井的余壓能工作，具有顯著的節(jié)能效應(yīng)。
[0003]殼牌石油公司和俄羅斯Translang公司對(duì)超音速天然氣旋流分離技術(shù)進(jìn)行了研究和推廣。殼牌石油公司率先在超音速除濕領(lǐng)域進(jìn)行系統(tǒng)研究，其主要負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)為TwisterBV0到目前為止，Twister BV公司公布了 3代技術(shù)成果:第一代技術(shù)在超音速區(qū)利用大后掠角三角翼誘導(dǎo)產(chǎn)生旋流，摩擦阻力損失和激波損失較大，且產(chǎn)生的旋流場(chǎng)不均勻，分離效率不高；第二代技術(shù)采用入口導(dǎo)流葉柵產(chǎn)生旋流，且增加了內(nèi)錐，克服了第一代旋流場(chǎng)不均勻的缺點(diǎn)，使旋流場(chǎng)更加穩(wěn)定，總壓損失較小，分離效果較好；第三代技術(shù)是一種改進(jìn)的J-T閥，通過(guò)在閥內(nèi)設(shè)置產(chǎn)生旋流的結(jié)構(gòu)，可以在控制流量和壓力的同時(shí)改進(jìn)下游分離器的分離效率。俄羅斯Translang公司的3S超音速分離器采用入口導(dǎo)流葉柵、無(wú)內(nèi)錐的結(jié)構(gòu)，分離效果較好，得到了較好的工業(yè)應(yīng)用。
[0004]國(guó)內(nèi)北京工業(yè)大學(xué)、江漢石油機(jī)械研究所、中國(guó)石油大學(xué)(華東)進(jìn)行了三角翼旋流超音速除濕裝置進(jìn)行了數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究，近期中國(guó)石油大學(xué)和大連理工大學(xué)對(duì)葉柵導(dǎo)流方案進(jìn)行了數(shù)值研究，中國(guó)石油大學(xué)(華東)對(duì)分離器中的流場(chǎng)進(jìn)行了 DPM模擬，大連理工大學(xué)對(duì)不同的分離器結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值研究。西安交通大學(xué)對(duì)三角翼誘導(dǎo)旋流和入口導(dǎo)流葉柵誘導(dǎo)旋流兩種方案從數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)兩方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究，先后申報(bào)了多個(gè)國(guó)家發(fā)明專利。
[0005]目前，超音速旋流分離器普遍存在激波位置不穩(wěn)定、壓力能損耗較大的不足。激波位置隨壓力的波動(dòng)變化較大，這導(dǎo)致分離器內(nèi)流場(chǎng)不穩(wěn)定，并且影響液滴的凝結(jié)、蒸發(fā)與分離，從而降低了分離效率，難以變工況正常工作。通常期望該技術(shù)在一定范圍內(nèi)可以變工況運(yùn)行，并且能夠以最少的總壓損失達(dá)到最高的分離效率。該技術(shù)的總壓損失大部分是由于分離器中產(chǎn)生的強(qiáng)正激波所導(dǎo)致的。目前為止，西安交通大學(xué)提出了一種激波可控的超音速氣體除濕裝置，此裝置的特點(diǎn)是在除濕器的中心蝸桿尾端加裝了橢球體，使分離段流道形成最小截面處，激波區(qū)則被固定在橢球體附近，從而達(dá)到了激波可控的目的；中國(guó)石油大學(xué)(華東)提出了一種雙喉部型氣體超聲速旋流分離裝置，該裝置的特點(diǎn)是在分離段尾端設(shè)計(jì)了超音速壓縮流道、第二喉部流道和第二擴(kuò)壓流道，將激波控制在第二喉道內(nèi)。除此之外，未發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外再有關(guān)于超音速分離器中激波控制的相關(guān)研究。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的問(wèn)題在于提供一種超音速氣液旋流分離裝置，可以將旋流分離裝置中超音速流場(chǎng)的激波發(fā)生位置控制在固定區(qū)域，減小激波的位置波動(dòng)對(duì)于流場(chǎng)的影響，可以提高分離效率。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0008]一種超音速氣液旋流分離裝置，包括收縮段、擴(kuò)張段、等直段和分離段，所述的分離段包括擴(kuò)張的外殼，中心錐體通過(guò)葉片與外殼相連接，中心錐體的錐面與外殼之間還設(shè)有分離隔板，分離隔板的前緣在中心錐體頂點(diǎn)的后方；中心錐體的軸線與等直段的軸線相重合，中心錐體與分離隔板之間構(gòu)成環(huán)形通道，分離隔板與外殼之間形成環(huán)形集液腔通道。
[0009]所述的中心錐體為單級(jí)錐、二級(jí)錐、N級(jí)錐、等熵錐或單級(jí)錐+等熵錐。
[0010]所述的中心錐體為單級(jí)錐，其半錐角δ為0°≤δ≤35°。
[0011]所述的分離隔板的前端內(nèi)壁面與中心錐體的錐面平行，分離隔板內(nèi)外壁面之間的夾角β為0.5°≤β≤10° ;外殼的壁面擴(kuò)張角α為15°≤α≤40° ;分離隔板與中心錐體之間的環(huán)形通道的當(dāng)量直徑d與等直段的當(dāng)量直徑D的比值為0.6 ^ d/D ^ 0.95。
[0012]所述的分離隔板的前緣與中心錐體頂點(diǎn)的距離L1為0.2D < L1 < D。
[0013]所述的中心錐體的頂點(diǎn)與外殼擴(kuò)張?zhí)幵谄淝岸?，其與外殼擴(kuò)張?zhí)幍乃骄嚯xL2為O ^ L2 ^ 5cm。
[0014]氣流在經(jīng)過(guò)分離段時(shí)形成圓錐激波+正激波的激波系結(jié)構(gòu):
[0015]在超音速來(lái)流時(shí)，在 中心錐體處產(chǎn)生圓錐激波，氣流在圓錐激波下游連續(xù)被等熵壓縮，流速減小同時(shí)壓力增大，流速方向逐漸趨向于與中心錐體的錐面平行，進(jìn)而在分離隔板前緣處形成正激波，氣流突躍為亞音速氣流。
[0016]所述的分離隔板與中心錐體之間的環(huán)形通道為干氣通道，干氣通道截面逐漸增大，形成壓力回收器，氣流在此過(guò)程中減速壓縮；分離隔板與外殼之間構(gòu)成集液腔，濕氣經(jīng)過(guò)集液腔排出。
[0017]所述的等直段內(nèi)還設(shè)有內(nèi)錐，內(nèi)錐的軸線與中心錐體的軸線相重合。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0019]本發(fā)明提供的超音速氣液旋流分離裝置，通過(guò)在超音速氣液旋流分離器的等直段的末端的外殼擴(kuò)張?zhí)幵O(shè)置由中心錐體、分離隔板構(gòu)成的激波發(fā)生器，生成圓錐激波+正激波的激波系結(jié)構(gòu)；從而可以將旋流分離裝置中超音速流場(chǎng)的激波發(fā)生位置控制在固定區(qū)域，減小激波的位置波動(dòng)對(duì)于流場(chǎng)的影響，降低由激波引起的壓力能損失，從而達(dá)到提高分離效率和變工況運(yùn)行的目的；尤其是在較高流動(dòng)馬赫數(shù)(>1.4馬赫)時(shí)效果尤為顯著。
[0020]本發(fā)明提供的超音速氣液旋流分離裝置，一方面可以將激波控制在分離段末端中心錐體處，保證激波系的穩(wěn)定性，從而增加流場(chǎng)穩(wěn)定性，提高分離效率，擴(kuò)大裝置的工作范圍；另一方面，采用圓錐激波+正激波的方法減 弱了單道正激波的強(qiáng)度，降低了由激波帶來(lái)的總壓損失，減少了壓力能的消耗。此方法在較高流動(dòng)馬赫數(shù)時(shí)效果尤為顯著。
[0021]本發(fā)明提供的超音速氣液旋流分離裝置，在超音速來(lái)流情況下，由于錐體的存在會(huì)產(chǎn)生圓錐激波，氣流流經(jīng)激波面后偏轉(zhuǎn)某個(gè)角度θ(θ小于錐體的半頂角δ)，在圓錐激波下游連續(xù)地進(jìn)行等熵壓縮，而后繼續(xù)改變流速大小和方向，逐漸趨向于與錐體表面平行，進(jìn)而氣流經(jīng)過(guò)在分離隔板前緣處形成的正激波突躍為亞音速氣流。分離隔板與中心錐體之間的環(huán)形通道構(gòu)成干氣通道，激波發(fā)生器后的干氣通道截面逐漸增大，形成壓力回收器，氣流在此過(guò)程中減速壓縮。分離隔板與分離器外殼之間構(gòu)成集液腔，濕氣經(jīng)過(guò)集液腔從排液口排出。[0022]現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中，由于超音速旋流分離器進(jìn)出口壓差，在分離段末端只是經(jīng)過(guò)一道強(qiáng)正激波突躍為亞音速氣流，具體的上述設(shè)定的模擬當(dāng)中總壓損失為28%。所以本發(fā)明通過(guò)中心錐體和分離板而形成圓錐激波+正激波的激波系結(jié)構(gòu)，達(dá)到了減小總壓損失的目的，提高了分離效率同時(shí)節(jié)約了壓力能，有利于天然氣的氣液分離。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖(單級(jí)錐)；
[0024]圖2是本發(fā)明在無(wú)內(nèi)錐超音速分離器中的應(yīng)用示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明在有內(nèi)錐超音速分離器中的應(yīng)用示意圖；
[0026]圖4是本發(fā)明在無(wú)內(nèi)錐超音速分離器分離回壓段中的示意圖；
[0027]圖5是等熵錐激波發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6為分離段附近的速度分布云圖；
[0029]圖7為分離段附近的總壓分布云圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明提供一種超音速氣液旋流分離裝置，由錐形體、氣液分離隔板與外殼組成，使超音速流場(chǎng)的激波系結(jié)構(gòu)為圓錐激波+正激波的形式，其中圓錐激波可以由一道或幾道激波組成。超音速來(lái)流中的氣流經(jīng)過(guò)激波控制裝置產(chǎn)生的激波系后減速壓縮至亞音速，而分離出的液體隨少量氣體進(jìn)入由分離隔板與外殼之間的集液腔后由排液口排出。此方法的特點(diǎn)在于可以將激波控制在中心錐體處，同時(shí)可以大幅減小由一道強(qiáng)正激波帶來(lái)的高總壓損失。
[0031]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0032]參見圖1~圖5，一種超音速氣液旋流分離裝置，包括收縮段、擴(kuò)張段、等直段和分離段，所述的分離段包括擴(kuò)張的外殼(3)，中心錐體(1)通過(guò)葉片(4)與外殼(3)相連接，中心錐體(1)的錐面與外殼(3)之間還設(shè)有分離隔板(2)，分離隔板(2)的前緣在中心錐體(1)頂點(diǎn)的后方；中心錐體(1)的軸線與等直段的軸線相重合，中心錐體(1)與分離隔板(2)之間構(gòu)成環(huán)形通道，分離隔板(2)與外殼(3)之間形成環(huán)形集液腔通道。
[0033]由于中心錐體的設(shè)定，就可以將超音速旋流分離器中流場(chǎng)的激波發(fā)生位置控制在固定區(qū)域(中心錐體處)，減小激波的位置波動(dòng)對(duì)于流場(chǎng)的影響；從而達(dá)到提高分離效率和變工況運(yùn)行性能。
[0034]如圖2所示，天然氣首先經(jīng)過(guò)超音速旋流分離器前部的收縮段a、擴(kuò)張段b和等直段c后形成超音速旋流，在分離段d，氣流中的干氣部分經(jīng)過(guò)中心錐體I產(chǎn)生的圓錐激波后減速增壓，流動(dòng)方向逐漸與中心錐體的外表面平行，之后再經(jīng)過(guò)分離隔板2的前緣時(shí)產(chǎn)生正激波，進(jìn)一步減速至亞音速同時(shí)增壓，隨后干氣進(jìn)入壓力回收段e繼續(xù)減速增壓；基于高速旋流特性，氣流中的濕氣部分進(jìn)入分離隔板2和分離器外殼3之間的集液腔，然后通過(guò)排液口排出。[0035]氣流在經(jīng)過(guò)分離段時(shí)形成圓錐激波+正激波的激波系結(jié)構(gòu):
[0036]在超音速來(lái)流時(shí)，在中心錐體(1)處產(chǎn)生圓錐激波，氣流在圓錐激波下游連續(xù)被等熵壓縮，流速減小同時(shí)壓力增大，流速方向逐漸趨向于與中心錐體的錐面平行，進(jìn)而在分離隔板(2)前緣處形成正激波，氣流突躍為亞音速氣流。
[0037]具體的，在超音速來(lái)流情況下，由于錐體的存在會(huì)產(chǎn)生圓錐激波，氣流流經(jīng)激波面后偏轉(zhuǎn)某個(gè)角度θ(θ小于錐體的半頂角δ )，在圓錐激波下游連續(xù)地進(jìn)行等熵壓縮，而后繼續(xù)改變流速大小和方向，逐漸趨向于與錐體表面平行，進(jìn)而氣流經(jīng)過(guò)在分離隔板前緣處形成的正激波突躍為亞音速氣流。分離隔板與中心錐體之間的環(huán)形通道構(gòu)成干氣通道，激波發(fā)生器后的干氣通道截面逐漸增大，形成壓力回收器，氣流在此過(guò)程中減速壓縮。分離隔板與分離器外殼之間構(gòu)成集液腔，濕氣經(jīng)過(guò)集液腔從排液口排出。
[0038]在一定的壓力比(即出口壓力與入口壓力之比)范圍內(nèi)，圓錐激波的形狀和強(qiáng)度并不隨壓力比的變化而變化，正激波的位置和強(qiáng)度會(huì)發(fā)生一定程度的變化，但是并不影響激波控制裝置的正常工作。因此這種激波控制裝置可以適應(yīng)一定的壓力比范圍內(nèi)的變工況運(yùn)行。
[0039]為了組織形成最優(yōu)流場(chǎng)，還需要合理選取中心錐體錐角、分離隔板位置與外殼壁面折角位置。錐體錐角的大小決定了圓錐激波與正激波的強(qiáng)度和相應(yīng)地波后馬赫數(shù)，從而決定了總壓損失大小。分離隔板的位置決定了干氣與濕氣的分流比，因此對(duì)于集液腔中的帶氣量和分離效率有重要影響。外殼壁面折角的位置對(duì)于附近流場(chǎng)有很大的影響，外折角產(chǎn)生的膨脹波會(huì)使圓錐激波后的氣流再次膨脹加速，導(dǎo)致隨后的正激波強(qiáng)度增大，總壓損失升高，影響了激波發(fā)生裝置的效果。具體實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)來(lái)流馬赫數(shù)合理選取中心錐體錐角大小，以實(shí)現(xiàn)最小的總壓損失，同時(shí)應(yīng)合理確定分離隔板的位置，在確保出口干氣達(dá)到要求的情況下盡量減小集液腔濕氣的帶氣量，即增大干氣與濕氣的分流比。外殼壁面外折角的位置應(yīng)盡量靠后，以不影響圓錐激波后的氣流為標(biāo)準(zhǔn)，一般情況下，折角位置距分離隔板前端存在一個(gè)最佳值，與流動(dòng)參數(shù)有關(guān)。折角應(yīng)盡量為圓弧過(guò)渡，以避免邊界層分離。
[0040]具體的，所述的中心錐體為單級(jí)錐、二級(jí)錐、N級(jí)錐、等熵錐或單級(jí)錐+等熵錐。當(dāng)中心錐體(1)為單級(jí)錐時(shí)，其半錐角δ為0° ≤ δ ≤35°，二級(jí)錐、N級(jí)錐、等熵錐或單級(jí)錐+等熵錐的半錐角可以通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算獲得。
[0041]而所述的分離隔板(2)的前端內(nèi)壁面與中心錐體(1)的錐面平行，分離隔板(2)內(nèi)外壁面之間的夾角3為0.5°≤ β ≤10° ;外殼(3)的壁面擴(kuò)張角α為15° ≤ α≤40° ;分離隔板(2)與中心錐體(1)之間的環(huán)形通道的當(dāng)量直徑d與等直段的當(dāng)量直徑D的比值為 0.6 ≤ d/D ≤ 0.95。
[0042]所述的分離隔板(2)的前緣與中心錐體(1)頂點(diǎn)的距離L1為0.2D≤L1≤D。所述的中心錐體(1)的頂點(diǎn)與外殼擴(kuò)張?zhí)幵谄淝岸?，其與外殼擴(kuò)張?zhí)幍乃骄嚯xL2SO ≤ L2 ≤ 5cm。
[0043]在實(shí)際過(guò)程中，激波控制裝置可以適應(yīng)一定壓力比范圍內(nèi)的變工況運(yùn)行。集液腔出口壓力和干氣通道出口壓力均會(huì)影響分離器中的激波位置。以來(lái)流馬赫數(shù)2為例，干氣通道出口壓力與入口壓力之比對(duì)于激波位置和激波控制裝置的工作狀態(tài)起主要作用:當(dāng)壓力比約在0.82附近時(shí)，正激波恰好位于分離隔板前緣，激波發(fā)生裝置處于臨界工作狀態(tài)；低于此壓力比，正激波后移，工作狀態(tài)為超臨界，此時(shí)總壓損失將稍微增大，壓力比越低，正激波后移越明顯，總壓損失也越大；稍高于此壓力比，正激波則前移，處于亞臨界工作狀態(tài)，壓力比升高到0.84以上則不會(huì)產(chǎn)生圓錐激波，此時(shí)，一道強(qiáng)正激波在中心錐體前產(chǎn)生，激波控制裝置失效。集液腔出口壓力較低時(shí)，不會(huì)對(duì)主流激波位置產(chǎn)生影響；當(dāng)出口壓力與入口壓力之比約為0.42時(shí)，正激波將會(huì)前移至氣液分離口處；壓力比繼續(xù)升高，則正激波繼續(xù)前移，激波控制裝置處于亞臨界工作狀態(tài)；壓力過(guò)高時(shí)，則直接在中心錐體前端產(chǎn)生一道強(qiáng)正激波，此時(shí)激波控制裝置失效。[0044]本發(fā)明激波區(qū)處在分離段的末端、中心錐體處。超音速來(lái)流經(jīng)過(guò)錐體產(chǎn)生的一道或一系列圓錐激波后，馬赫數(shù)明顯減小，然后經(jīng)過(guò)干氣通道入口的一道正激波，氣流突躍為亞音速，實(shí)現(xiàn)了減速增壓；帶有大量液滴和少量氣體的濕氣則進(jìn)入分離隔板外側(cè)的集液腔，實(shí)現(xiàn)了氣液分離。
[0045]本發(fā)明激波壓縮區(qū)還可以采用一道或一系列圓錐激波加一道正激波的方式使超音速來(lái)流減速增壓至亞音速氣流。一方面，這種方式可以將激波控制在分離段末端中心錐體處，保證激波系的穩(wěn)定性，從而增加流場(chǎng)穩(wěn)定性，提高分離效率；另一方面，采用圓錐激波+正激波的方法減弱了單道正激波的強(qiáng)度，降低了由激波帶來(lái)的總壓損失，減少了壓力能的消耗。此方法在較高流動(dòng)馬赫數(shù)時(shí)效果尤為顯著。
[0046]參照?qǐng)D2，下面以等直段氣體馬赫數(shù)為2.0的超音速旋流分離器為例，并采用數(shù)值模擬來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證其性能:
[0047]其中，采用Ansysl2.0Fluent商業(yè)軟件來(lái)模擬構(gòu)建超音速旋流分離器,其中等直段內(nèi)徑D=Il.4mm，并在等直段的末端設(shè)置中心椎體和分離板，中心錐體半錐角δ=28°，L1=S.53mm, L2=5.62mm, β =5°，α =35° ；
[0048]給出馬赫數(shù)為2.0的超音速氣流從分離段流來(lái)，通過(guò)數(shù)值模擬驗(yàn)證表明，根據(jù)如圖6所示的分離段附近的速度分布云圖，可以看到，圓錐激波+正激波的激波系結(jié)構(gòu)將在中心錐體處形成。
[0049]并將氣流速度分布云圖可以看出中間部分的干氣經(jīng)過(guò)由中心錐體I產(chǎn)生的圓錐激波后馬赫數(shù)降為1.4，根據(jù)圖7所示的分離段附近的總壓分布云圖可以看出氣體的總壓損失約為7%，氣體流動(dòng)方向逐漸與錐體表面平行；然后經(jīng)過(guò)分離隔板2前緣的正激波后馬赫數(shù)降為0.7，此過(guò)程的總壓損失為6%，因此，整個(gè)過(guò)程的總壓損失約為13%。
[0050]而現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中，由于超音速旋流分離器進(jìn)出口壓差，在分離段末端只是經(jīng)過(guò)一道強(qiáng)正激波突躍為亞音速氣流，具體的上述設(shè)定的模擬當(dāng)中總壓損失為28%。所以本發(fā)明通過(guò)中心錐體和分離板而形成圓錐激波+正激波的激波系結(jié)構(gòu)，達(dá)到了減小總壓損失的目的，提高了分離效率同時(shí)節(jié)約了壓力能，有利于天然氣的氣液分離。
【權(quán)利要求】
1.一種超音速氣液旋流分離裝置，其特征在于，包括收縮段、擴(kuò)張段、等直段和分離段，所述的分離段包括擴(kuò)張的外殼(3)，中心錐體(1)通過(guò)葉片(4)與外殼(3)相連接，中心錐體(1)的錐面與外殼(3)之間還設(shè)有分離隔板(2)，分離隔板(2)的前緣在中心錐體(1)頂點(diǎn)的后方；中心錐體(1)的軸線與等直段的軸線相重合，中心錐體(1)與分離隔板(2)之間構(gòu)成環(huán)形通道，分離隔板(2)與外殼(3)之間形成環(huán)形集液腔通道。
2.如權(quán)利要求1所述的超音速氣液旋流分離裝置，其特征在于，所述的中心錐體為單級(jí)錐、二級(jí)錐、N級(jí)錐、等熵錐或單級(jí)錐+等熵錐。
3.如權(quán)利要求1或2所述的超音速氣液旋流分離裝置，其特征在于，中心錐體(1)為單級(jí)錐，其半錐角δ為0°≤δ≤35°。
4.如權(quán)利要求1所述的超音速氣液旋流分離裝置，其特征在于，所述的分離隔板(2)的前端內(nèi)壁面與中心錐體(1)的錐面平行，分離隔板(2)內(nèi)外壁面之間的夾角β為0.5°≤β≤10° ;外殼(3)的壁面擴(kuò)張角α為15°≤α≤40° ;分離隔板(2)與中心錐體(1)之間的環(huán)形通道的當(dāng)量直徑d與等直段的當(dāng)量直徑D的比值為0.6 ≤ d/D ≤ 0.95。
5.如權(quán)利要求4所述的超音速氣液旋流分離裝置，其特征在于，所述的分離隔板(2)的前緣與中心錐體(1)頂點(diǎn)的距離L1為0.2D≤L1≤D0
6.如權(quán)利要求1所述的超音速氣液旋流分離裝置，其特征在于，所述的中心錐體(1)的頂點(diǎn)與外殼擴(kuò)張?zhí)幵谄淝岸?，其與外殼擴(kuò)張?zhí)幍乃骄嚯xL2為O < L2 < 5cm。
7.如權(quán)利要求1所述的超音速氣液旋流分離裝置，其特征在于，氣流在經(jīng)過(guò)分離段時(shí)形成圓錐激波+正激波的激波系結(jié)構(gòu): 在超音速來(lái)流時(shí)，在中心錐體(1)處產(chǎn)生圓錐激波，氣流在圓錐激波下游連續(xù)被等熵壓縮，流速減小同時(shí)壓力增大，流速方向逐漸趨向于與中心錐體的錐面平行，進(jìn)而在分離隔板(2)前緣處形成正激波，氣流突躍為亞音速氣流。
8.如權(quán)利要求1或7所述的超音速氣液旋流分離裝置，其特征在于，所述的分離隔板(2)與中心錐體(1)之間的環(huán)形通道為干氣通道，干氣通道截面逐漸增大，形成壓力回收器，氣流在此過(guò)程中減速壓縮；分離隔板(2)與外殼(3)之間構(gòu)成集液腔，濕氣經(jīng)過(guò)集液腔排出。
9.如權(quán)利要求1所述的超音速氣液旋流分離裝置，其特征在于，所述的等直段內(nèi)還設(shè)有內(nèi)錐，內(nèi)錐的軸線與中心錐體(1)的軸線相重合。
【文檔編號(hào)】C10L3/10GK103509620SQ201310465141
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】白博峰, 李星 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)