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气波制冷机变工况出口参数的计算求解-【新闻】阜阳

发布时间:2021-04-20 11:57:30 阅读: 来源:PH计厂家

气波制冷机变工况出口参数的计算求解

气波制冷机工作时没有转动部件,运行可靠、结构简单、维修方便,因此在天然气脱水、轻烃及工厂尾气回收等方面已发挥越来越重要的作用。对气波制冷机的研究也日益深入,邹久朋等人[3,4]对气波制冷机的结构进行了改进,取得了很好的制冷效果;蒋洪[5]从理论上对气波制冷机效率等问题进行了探讨,提出了估算效率的有效办法。但都没有对计算气体分配器出口参数做进一步的研究,而这些参数对气波制冷机的设计、结构及工艺流程都有重要的指导意义。特别是气波机的工况发生变化时,更要了解分配器出口参数的各种变化,这对于气波制冷机的安全、高效运行至关重要。2 数学模型的建立气体分配器实际是一旋转的渐缩喷管,影响分配器内流体流动的因素很多,主要有截面的连续变化、粘性摩擦、能量效应、由相变引起的分子量的变化和比热的变化、由于温度的下降所引起的相平衡的变化等,见图2所示。由于喷管尺寸短小,流速很高,流体在喷管内流动时所形成的边界层很薄,粘性摩擦对流体状态的影响较小;流体与管壁接触的时间很短,热交换占总能量的比例也很小,示意图如图2。基于以上考虑,在计算分配器出口参数时,做了如下假设:流体在喷管内的流动为一维定常变截面可压缩流;忽略摩擦和换热的影响,喷管中的流体流动按绝热等熵流处理;喷管内的气流咱实际气体进行考虑;考虑流体流动时相变对体积的影响;喷管内的流动状态为临界流动。2 数学模型的解法目前,气波机的工作物质大多为天然烃类混合物,常伴有N2、CO2等,在低温下常常是汽液混合物。在以往的设计计算中,一般是采用压缩因子校正的实际气体状态方程来求气体分配器出口参数的,但由于这种方法本身具有很大的局限性,只能对设计结果进行粗略的估计,理论计算所得的参数与实际参数有很大的出入。BWRS多参数状态方程具有如下特点:计算精度较高。对烃类物质的初步计算证明,对汽相和液相的平均误差都小于2%,对烃类气体、CO2、H2S和N2的容积性质进行计算,其误差范围在2.5~2.2% 之间; 适合于计算机计算。BWRS方程的十一个常数可由组分的临界参数关联计算得出,因此特别适合利用计算机进行求解;一个方程可以同时适用于汽相和液相,且计算的精度相当好。3 气波机设计参数及计算方法3.2 喷管出口的气流参数和流量分配器的出口参数计算是以气体动力学一维定常变截面可压缩流动理论为基础,结合了实际气体热力学性质来进行计算的。如图2所示,由能量方程可得:,及喷管出口处的流速、质量流量:式中, 、 为喷管出口处的流体密度及流体速度,若要求质量流量,关键在于先求出密度 。在设计气波机结构时,通常是按气体在分配器出口处的流速达到临界值来计算的,这样,气流在渐缩喷管出口达到临界状态以后,出口流速和管内流量不再增加了, 也达到了最大值。 3.2 实际气体的汽液平衡计算在汽液相平衡时,各相温度、压力相等,各组分在气相的逸度 和在液相的逸度 相等,即: , , ,上标 代表汽相, 代表液相,而混合物汽液平衡应满足下式: 式中, — 组分的摩尔百分比; — 组分的汽液平衡比或相平衡常数; —汽化率;—汽液平衡时的温度; —汽液平衡时的压力。3.3 汽液混合物密度的计算 在已知烃类混合物的压力和温度后,BWRS方程可改写为下列形式: 满足此式的 值有多个,但只有最大值和最小值有物理意义,即在已知的 、 下汽相和液相的密度,其初值的选取为:汽相时, , ;&nb

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