结构和操作参数对气波引射器性能的影响

【摘要】：气波引射器是一种利用压力波的传播来实现高低压气体能量交换的增压设备,具有结构简单、能耗低、可带液操作以及等熵效率高等优点,在不同地层压力天然气的开采以及集输系统中具有重要实用价值及前景。开展对气波引射器的研究有助于改进其性能,以实现在天然气工业上的应用。 目前国内对压力交换技术及气波引射器研究较少。本文通过数值模拟以及实验研究等手段,研究结构参数和操作参数对气波引射器性能的影响,并根据一维理论及数值模拟设计加工静态引射器,对二者进行实验对比。本文的主要研究工作以及得到的主要结论如下： (1)建立气波引射器的二维数值模型,并以此为基础研究隔板厚度和通道宽度对性能的影响；建立单管数值模型,考察介质分别为空气和甲烷时不同膨胀比下激波的传播速度,并根据端口尺寸与波系的匹配关系以及介质为空气时各端口尺寸,得到介质为甲烷时不同中压压力下各端口尺寸。 (2)建立气波引射器实验系统,在设备抽射率为零时研究转速和偏转距离对低压端口处真空度的影响,并得到该种工况下设备的性能图；研究通道宽度对性能的影响,发现当通道宽度由8mm增大为12mm时等熵效率最大提高约6%；对通道渐开过程进行数值模拟研究后发现,渐开损失随着相对开启时间的减小而减小,流动损失随着通道宽度的变大而减小,当通道宽度为12mm时二者损失之和最小,与实验结果吻合。 (3)对静态引射器进行一维理论分析及优化设计,以此为基础设计加工具有可调可换特征的静态引射器,并对其进行实验研究,得到混合压力和高压喷嘴距离对设备性能的影响。将气波引射器与静态引射器在相同工况下的实验结果进行了对比,发现在膨胀比为1.5时气波引射器的性能要优于静态引射器,并从理论上证明了气波引射器性能优越的原因。