[发明专利]一种基于气溶胶增强凝结的旋流超音速分离器实验系统

说明书

本发明涉及一种基于气溶胶增强凝结的旋流超音速分离装置实验系统，包括组合式旋流超音速分离器，组合式旋流超音速分离器包括旋流发生段、超音速喷嘴段、气液分离段以及扩压段，在旋流发生段固定有旋流叶片。在旋流发生段的入口处设置气溶胶发生器，所述的气溶胶发生器用于产生不同粒径的非均质凝结核，气溶胶发生器所产生的不同粒径的非均质凝结核和位于入口处的气体混合而成的混合气体，经过旋流发生段产生旋流场，在旋流发生段的出口和超音速喷嘴段的入口处，设置有图像法颗粒粒度测量系统，在超音速喷嘴段的喉部后方即凝结开始发生的位置设置有消光法液滴粒度测量系统。

技术领域

本发明涉及的基于气溶胶增强凝结的旋流超音速分离装置属于凝结分离技术领域。

背景技术

随着国民经济和工业制造的发展，民众越来越关注环境保护问题，因此作为清洁高效能源的天然气发挥着越来越重要的作用。通过充分利用天然气，能够促进我国能源结构的改变以及缓解我国能源紧张的状态。在气田里开采出来的天然气会伴随水蒸汽，脱水是天然气输送之前的非常重要的环节。

常规的天然气脱水方法有吸附法、冷却法和吸收法等。吸附法是利用固体来吸附天然气中的水蒸气的方法，但吸附法整体的技术水平不够成熟，气体压降大时容易破碎和中毒。冷却法是将温度降低使水蒸气冷凝成液滴然后再脱除，但此种方法适用天然气温度较高的情况。吸收法是通过亲水液体和天然气逆流接触来脱出天然气中的水分，但对气体的压力、流量以及温度的变化比较敏感。

超音速分离器是近年来新出现的天然气脱水技术，其工作原理是天然气在Laval喷管段由亚音速状态加速到超音速状态，此时温度骤然下降使得天然气中含有的水蒸气凝结成液滴。与传统脱水技术相比，超音速分离器具有投资费用低、等熵分离效率高、无需添加昂贵添加剂和结构简单等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋流超音速分离器实验系统，用以研究不同性质的凝结核从而得到不同条件的入口情况，测量到不同入口情况下分离器的分离效率。技术方案如下：

一种基于气溶胶增强凝结的旋流超音速分离器实验系统，包括组合式旋流超音速分离器，组合式旋流超音速分离器包括旋流发生段、超音速喷嘴段、气液分离段以及扩压段7，在旋流发生段固定有旋流叶片，在旋流发生段的入口处设置气溶胶发生器，所述的气溶胶发生器用于产生不同粒径的非均质凝结核，气溶胶发生器所产生的不同粒径的非均质凝结核和位于入口处的气体混合而成的混合气体，经过旋流发生段产生旋流场，其特征在于，在旋流发生段的出口和超音速喷嘴段的入口处，设置有图像法颗粒粒度测量系统，所述的图像法颗粒粒度测量系统用于测量旋流后的颗粒的粒度、速度和浓度信息，在超音速喷嘴段的喉部后方即凝结开始发生的位置设置有消光法液滴粒度测量系统，所述的消光法液滴粒度测量系统用于测量凝结开始发生的位置和凝结形成的液滴的粒径分布参数。

优选地，所述的旋流叶片采用可拆卸式，方便更换不同结构的旋流叶片。

图像法颗粒粒度测量系统包括光源控制器、平行光源、工业相机以及工业计算机，采用逆光图像法进行测量，通过标定景深范围后，统计所采集的多个单幅图像来计算得到凝结核的浓度值；工业相机连续拍摄凝结核的流动图像，得到图像信号之后采用离线的图像处理软件进行信号分析，得到超音速分离器入口的凝结核的速度、粒度分布和浓度参数。消光法液滴粒度测量系统，采用多波长消光法对凝结形成的液滴的粒度和浓度进行测量及反演。

附图说明

图1为基于气溶胶增强凝结的旋流超音速分离器实验系统；

图2为图像法颗粒粒度测量系统；

图3为消光法液滴粒度测量系统。