低浓度煤层气缩径阀门流场数值模拟：影响与选型参考

本文主要探讨了低浓度煤层气深冷液化装备中的关键问题——缩径阀门在流场中的行为。通过采用计算流体力学（CFD）方法，研究者利用k-ε turbulence model 来封闭Navier-Stokes方程（N-S方程），对不同变径角度和通径的缩径阀门进行数值模拟。这项工作聚焦于理解这些阀门如何影响气体在管线中的流动特性，如流场分布、流体流动稳定性以及局部阻力系数。 在模拟过程中，研究发现当缩径阀门的缩径角度大于等于50°时，会引发严重的流体脱离边界层现象，导致流体形成漩涡，这表明缩径阀门在此条件下可能表现出较差的过流性能。换句话说，随着管道直径的快速减小，流体流动的不稳定性增加，可能会对设备的效率和稳定性产生负面影响。 另一方面，研究还揭示了一个重要的趋势，即在相同的流动条件下，随着变径角度的增大，局部阻力系数也随之增大。局部阻力系数的增加不仅意味着能耗的增加，还可能引起压降增大，影响整个液化系统的压力平衡。这对于设计和选择合适的管线阀门至关重要，因为它直接影响到装置的能耗效率和操作成本。 本文的结果为低浓度煤层气液化项目的实际建设提供了重要的工程指导，尤其是在阀门选型时，可以作为参考依据，帮助工程师优化管道系统的设计，减少不必要的阻力损失，提高系统的整体性能。通过这种数值模拟手段，研究人员能够深入理解复杂流场下的阀门行为，从而在实际应用中实现更高效的能源转化过程。