1、超音速分離管天然氣除濕凈化技術較常規(guī)天然氣處理技術有一系列的優(yōu)點，如設備結構簡單，占地面積小，重量輕，沒有運動部件，無需消耗任何外部動力等。但是，為了保證超音速分離管具有良好的分離效果，必須了解來自井口的天然氣在超音速分離管的關鍵部件——-Laval噴管內部的超音速流動與凝結特性，揭示其影響因素，探索有效提高分離效率的技術途徑。本文的研究目標在于揭示天然氣在噴管內的凝結流動機理，采用理論與實驗相結合的方法，綜合應用非平衡熱力學、氣體動力

2、學、傳熱傳質學、兩相流體動力學以及計算流體力學等相關理論對Laval噴管內的可壓縮凝結性氣體的流動過程進行較為系統(tǒng)全面的研究。
　　 首先，根據噴管內水蒸氣凝結過程，建立了噴管內水蒸氣自發(fā)凝結模型，并與前人結果進行了對比，表明所建立的數學模型能夠正確反映噴管內水蒸氣超音速流動凝結參數的分布特征。利用所建立的數學模型研究了摩擦阻力、噴管膨脹率對水蒸氣自發(fā)凝結過程的影響，結果表明，這兩個參數對水蒸氣的自發(fā)凝結過程都有明顯而直接的影響

3、。在此基礎上，建立了非均相凝結流動過程的數學模型，研究了外界核心對水蒸氣超音速流動的影響，證明：外界核心的存在對蒸汽的凝結有明顯促進作用。
　　 建立了噴管內雙組份可凝結氣體混合物超音速流動的數學模型，研究了氮氣-水蒸氣、甲烷-水蒸氣、甲烷-壬烷在噴管內的超音速流動與凝結過程。結果發(fā)現，氮氣-水蒸氣在其它進口參數相同的條件下，入口壓力、溫度、過飽和度對極限過冷度、成核率、液滴數、液滴的平均半徑和液相質量分數均有明顯的影響；甲烷-

4、水蒸氣在噴管喉部之后(x=10.0mm)過冷度很快上升到40K左右，達到Wilson點，蒸汽突然開始凝結，成核率從0急劇上升到1024量級，水滴數目急劇增加，同時釋放出大量的凝結潛熱加熱周圍氣體，引起“凝結沖波”現象；甲烷-壬烷的過冷度沿噴管沿程不斷增大到72K左右才發(fā)生凝結成核現象。由于液滴數量較少和壬烷潛熱較小的原因，在壓力和溫度曲線上沒有出現像甲烷-水蒸氣發(fā)生自發(fā)凝結時那樣明顯的“凝結沖波”現象。
　　 再后，建立了噴管內

5、三組分可凝結氣體混合物超音速流動的物理模型和數學模型，并對甲烷-水蒸氣-壬烷在噴管內的超音速凝結過程進行了模擬研究。研究發(fā)現，水蒸氣的存在，在一定意義上促進了壬烷蒸汽的凝結。通過對甲烷-水蒸氣-壬烷在噴管內超音速流現象的理論分析研究，初步了解了井口天然氣的相關凝結特性，為實現對井口天然氣液滴成核與液滴生長的控制、提高超音速分離管的分離效率提供理論依據。
　　 最后，搭建了用于壓縮空氣凝結特性測試的實驗系統(tǒng)，并對濕空氣的超音速流動