Оптимизация эжекторных систем для газовой промышленности

Полный текст:


Аннотация

Сверхзвуковые газовые эжекторы применяются в различных отраслях промышленности. В нефтегазовой отрасли их с успехом применяют для утилизации низконапорных газов в установках комплексной подготовки газа, а также для создания вакуума в установках переработки нефти. Однако в процессе использования эжекторов предприятия сталкиваются с проблемой низкой эффективности процесса смешения газов в камерах смешения эжекторных систем. Возникновение так называемого критического режима, при котором в струйке тока низконапорного газа поток достигает скорости звука, существенно ограничивает характеристики эжектора. Поиск оптимальной схемы подвода высоконапорного газа в камеру смешения эжектора приобретает особую значимость. В эжекторе с перфорированным насадком, установленным на сверхзвуковом сопле, часть высоконапорного газа проходит через продольные щели и начинает смешиваться с низконапорным газом. Этот поток затем эжектируется основной сверхзвуковой струей, покидающей насадок. В работе показано, что использование перфорированного насадка увеличивает степень сжатия по сравнению с классической оптимальной схемой. Сравнение результатов расчета многосопельной конструкции и классической оптимальной схемы показывает, что использование распределенного подвода газа увеличивает максимальную степень сжатия. Замена центрального сверхзвукового сопла классической схемы на семь сверхзвуковых сопел также увеличивает максимальную степень сжатия. В работе рассмотрены и выданы рекомендации к выбору геометрических параметров эжекторных систем, в которых сопла расположены на поверхности камеры смешения. Показано, что такие схемы смешения потоков разного давления имеют максимальную степень сжатия среди изученных в данной работе схем и существенно превосходят степень сжатия классического оптимального эжектора.

Об авторах

А. И. Курочкин
Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского
Россия


С. З. Имаев
Московский физико-технический институт
Россия


Список литературы

1. Аркадов Ю.К. Новые газовые эжекторы и эжекционные процессы. М.: Физматлит, 2001. 336 с.

2. Урюков Б.А. Теория дифференциального эжектора // Прикладная механика и техническая физика. 1963. № 5. С. 41-47.

3. Васильев Ю.Н. Газовые эжекторы со сверхзвуковыми соплами // Сб. работ по исследованию сверхзвуковых газовых эжекторов. 1961. С. 134-213.

4. Besagni G., Mereu R., Inzoli F. Ejector Refrigeration: a Comprehensive Review. Renew. Sustain. Energy Rev., 2016, Vol. 53, P. 373-407.

5. Ben Mansour R., Ouzzane M., Aidoun Z. Numerical Evaluation of Ejector-Assisted Mechanical Compression Systems for Refrigeration Applications. Int. J. Refrig., 2014, Vol. 43, P. 36-49.

6. Godefroy J., Boukhanouf R., Riffat S. Design, Testing and Mathematical Modelling Of A Small-Scale CHP and Cooling System (Small CHP-Ejector Trigeneration). Appl. Therm. Eng., 2007, Vol. 27, P. 68-77.

7. Huang B., Chang J., Wang C., Petrenko V. A 1-D Analysis of Ejector Performance. Int. J. Refrig., 1999, Vol. 22, No. 5, P. 354-364.

8. Kong F., Kim H. Analytical and Computational Studies on the Performance of a Two-Stage Ejector Diffuser System. Int. J. Heat Mass Transf., 2015, Vol. 85, P. 71-87.

9. Sriveerakul T., Aphornratana S., Chunnanond K. Performance Prediction of Steam Ejector Using Computational Fluid Dynamics: Part 1. Validation of the CFD Results. Int. J. Therm. Sci., 2007, Vol. 46, No. 8, P. 812-822.

10. Hemidi A., Henry F., Leclaire S., Seynhaeve J.-M., Bartosiewicz Y. CFD Analysis of a Supersonic Air Ejector. Part 1: Experimental Validation of Single-Phase and Two-Phase Operation. Appl. Therm. Eng., 2009, Vol. 29, No. 14-15, P. 2990-2998.

11. Varga S., Oliveira A.C., Diaconu B. Numerical Assessment of Steam Ejector Efficiencies Using CFD. Int. J. Refrig., 2009, Vol. 32, No. 6, P. 1203-1211.

12. Hemidi A., Henry F., Leclaire S, Seynhaeve J.-M., Bartosiewicz Y. CFD Analysis of a Supersonic Air Ejector. Part II: Relation Between Global Operation and Local Flow Features. Appl. Therm. Eng., 2009, Vol. 29, P. 2990-2998.

13. Ghahremanian S., Moshfegh B. Evaluation of RANS Models in Predicting Low Reynolds, Free, Turbulent Round Jet. J. Fluids Eng., 2013, Vol. 136, P. 011201.

14. Bartosiewicz Y., Aidoun Z., Mercadier Y. Numerical Assessment of Ejector Operation for Refrigeration Applications Based on CFD. Appl. Therm. Eng., 2006, Vol. 26, P. 604-612.

15. Gagan J., Smierciew K., Butrymowicz D., Karwacki J. Comparative Study of Turbulence Models in Application to Gas Ejectors. Int. J. Therm. Sci., 2014, Vol. 78, P. 9-15.

16. Yazdani M., Alahyari A.A., Radcliff T.D. Numerical Modeling and Validation of Supersonic Two-Phase Flow of CO2 in Converging-Diverging Nozzles. J. Fluids Eng., 2013, Vol. 136, P. 014503.

17. Garcia del Valle J., Sierra-Pallares J., Garcia Carrascal P., Castro Ruiz F. An Experimental and Computational Study of the Flow Pattern in a Refrigerant Ejector. Validation of Turbulence Models and Real-Gas Effects. Appl. Therm. Eng., 2015, Vol. 89, P. 795-811.

18. Bouhanguel A., Desevaux P., Gavignet E. 3D CFD Simulation of Supersonic Ejector. International Seminar on Ejector/Jet-pump Technology and Application, Louvain-La-Neuve, 2009. Vol. CD, Paper No. 15.

19. El-Behery S.M., Hamed M.H. A Comparative Study of Turbulence Models Performance for Turbulent Flow in a Planar Asymmetric Diffuser. World Acad. Sci., Eng. Technol., 2009, Vol. 53, P. 769-780.

20. Dvorak V., Vit T. Experimental and Numerical Study of Constant Area Mixing. 16th International Symposium on Transport Phenomena, Prague, 2006.

21. Li C., Li Y.Z. Investigation of Entrainment Behavior and Characteristics of Gas-Liquid Ejectors Based on CFD Simulation. Chem. Eng. Sci., 2011, Vol. 66, P. 405-416.

22. Ruangtrakoon N., Thongtip T., Aphornratana S, Sriveerakul T. CFD Simulation on the Effect of Primary Nozzle Geometries for a Steam Ejector in Refrigeration Cycle. Int. J. Therm. Sci., 2013, Vol. 63, P. 133-145.

23. Zhu Y., Jiang P. Experimental and Numerical Investigation of the Effect of Shock Wave Characteristics on the Ejector Performance. Int. J. Refrig., 2014, Vol. 40, P. 31-42.

24. Croquer S., Poncet S., Aidoun Z. Turbulence Modeling of a Single-Phase R134a Supersonic Ejector. Part 1: Numerical Benchmark. Int. J. Refrig., 2016, Vol. 61, P. 140-152.

25. Croquer S., Poncet S, Aidoun Z. Turbulence Modeling of a Single-Phase R134a Supersonic Ejector. Part 2: Local Flow Structure and Exergy Analysis. Int. J. Refrig., 2016, Vol. 61, P. 153-165.

26. Mazzelli F., Little A.B., Garimella S., Bartosiewicz Y. Computational and Experimental Analysis of Supersonic Air Ejector: Turbulence Modeling and Assessment Of 3D Effects. Int. J. Heat Fluid Flow, 2015, Vol. 56, P. 305-316.

27. Besagni G., Inzoli F. Computational Fluid-Dynamics Modeling of Supersonic Ejectors: Screening of Turbulence Modeling Approaches. Applied Thermal Engineering, 2017, Vol. 117, P. 122-144.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Курочкин А.И., Имаев С.З. Оптимизация эжекторных систем для газовой промышленности. Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017;(6):78-90.

For citation: Kurochkin A.I., Imaev S.Z. The Optimization of Ejector Systems for the Gas Industry. Territorija “NEFTEGAS” [Oil and Gas Territory]. 2017;(6):78-90. (In Russ.)

Просмотров: 14

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2072-2745 (Print)
ISSN 2072-2761 (Online)