[1]方玮玮,虞 斌,陈 晨,等.热管型地热系统气液分离器外部流场结构优化[J].石油化工设备,2024,53(01):40-46.[doi:10.3969/j.issn.1000-7466.2024.01.004]
　FANG Wei-wei,YU Bin,CHEN Chen,et al.Optimization of External Flow Field Structure of Gas-liquid Separator in Geothermal System Heat Pipe[J].Petro-Chemical Equipment,2024,53(01):40-46.[doi:10.3969/j.issn.1000-7466.2024.01.004]
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热管型地热系统气液分离器外部流场结构优化()
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石油化工设备[ISSN:1000-7466/CN:62-1078/TQ]

卷:
53
期数:
2024年01期
页码:
40-46
栏目:
设计计算
出版日期:
2024-01-25

文章信息/Info

Title:
Optimization of External Flow Field Structure of Gas-liquid Separator in Geothermal System Heat Pipe
文章编号:
1000-7466(2024)01-0040-07
作者:
方玮玮; 虞 斌; 陈 晨; 凌卫平
（南京工业大学 机械与动力工程学院，江苏 南京 211816）
Author(s):
FANG Wei-wei; YU Bin; CHEN Chen; LING Wei-ping
(College of Mechanical and Power Engineer，Nanjing Tech University，Nanjing 211816，China)
关键词:
气液分离器; 地热能; 重力热管; 带液; 流场; 优化
Keywords:
gas-liquid separator; geothermal energy; gravity heat pipe; liquid carryover; flow field; optimization
分类号:
TQ051.8
DOI:
10.3969/j.issn.1000-7466.2024.01.004
文献标志码:
A
摘要:
超长重力热管开采地热能的过程中，热管中下降的冷凝液与上升的热蒸汽易相互碰撞而引发蒸汽带液情况，通过在绝热段增设气液分离器可有效预防这一问题。介绍了新型热管型地热系统中气液分离结构（气液分离器）的特点，采用计算流体力学方法，建立了气液分离器有限元模型并对其外部流场进行模拟。通过在分离器外部空腔内设置螺旋导流板，调节气液分离器入口管高度、偏心距及螺旋导流板板螺数、螺距，进行优化分析研究。设置螺旋导流板后，液体在分离器出口处的流动更加稳定，冷凝水入口与气液分离器出口距离与压降成正比关系，入口管偏心距与内管内壁面切应力成反比关系。螺旋导流板螺数为5、螺距为200 mm时分离器出口液体的均匀性和稳定性最优。
Abstract:
In the process of exploiting geothermal energy using a super-long gravity heat pipe, the descending condensate and ascending hot vapor in the heat pipe are prone to collide with each other and cause liquid carryover. This issue can be effectively prevented by adding a gas-liquid separator in the adiabatic section. The characteristics of the gas-liquid separation structure (gas-liquid separator) in the new heat pipe-type geothermal system were introduced, the finite element model of the gas-liquid separator was established and its external flow field was simulated by using computational fluid dynamics method. Optimization analysis was carried out by setting a spiral deflector in the external cavity of the separator and adjusting the height and eccentricity of the inlet tube of the gas-liquid separator, as well as the number and pitch of screws of the spiral deflector plate. After setting the spiral deflector, the liquid flow at the outlet of the separator is more stable, the distance between the condensate inlet and the outlet of the gas-liquid separator is proportional to the pressure drop, and the eccentricity of the inlet tube is inversely proportional to the shear force on the inner wall of the inner tube. The uniformity and stability of the liquid at the outlet of the separator are optimal when the number of screws of the spiral deflector is 5 and the pitch is 200 mm.

参考文献/References:

［1］ 王贵玲,陆川. 碳中和目标驱动下地热资源开采利用技术进展［J］. 地质与资源,2022,31(3):412-425,341.
［2］ 郑克棪,陈梓慧. 中国干热岩开发:任重而道远［J］. 中外能源,2017,22(2):21-25.
［3］ 曾义金. 干热岩热能开发技术进展与思考［J］. 石油钻探技术,2015(2):1-7.
［4］ 付亚荣,李明磊,王树义,等. 干热岩勘探开发现状及前景［J］. 石油钻采工艺,2018,40(4):526-540.
［5］ 庄庆祥. 干热岩地热能资源开发潜力、效益分析和开发规划的依据探讨［J］. 能源与环境,2017(2):2-3.
［6］ 马鹏鹏. 干热岩勘探开发技术现状和发展［J］. 中国石油和化工标准与质量,2019,39(11):221-222.
［7］ 李根生,武晓光,宋先知,等. 干热岩地热资源开采技术现状与挑战［J］. 石油科学通报,2022,7(3):343-364.
［8］ 黄文博,曹文炅,李庭樑,等. 干热岩热能重力热管采热系统数值模拟研究与经济性分析［J］. 化工学报,2021,72(3):1302-1313.
［9］ Vasil 'Ev L. Geothermal energy utilization with heat pipes［J］. Journal of engineering physics, 1990, 59(3): 1186-1190.
［10］ CEN Jiwen，LI Feng，LI Tingliang，et al. Experimental study of the heat-transfer performance of an extra-long gravity-assisted heat pipe aiming at geothermal heat exploitation［J］. Sustainability ,2021,13(22)：12481.
［11］ 张梁,赵通,梁政,等. 中深层相变取热系统中携液问题的数值研究［J］. 地球物理学进展,2023,38(1):110-121.
［12］ 马力,潘彦霖,夏素兰,等. 旋流降膜器有效蒸发面积研究［J］. 化工设计,2015(2):18-19,26.
［13］ 陈阳,田思航,孙婧元,等. 旋流型气液分离器壁面小孔处气液相分离特性［J］. 化学工程,2018,46(8):48-53.
［14］ 南京工业大学. 一种地热能提取装置: CN202022670702.4［P］. 2021-07-16.
［15］ 吴琼,虞斌,方玮玮. 重力热管地热系统绝热段气液分离器内流动特性数值模拟［J］. 能源与环境,2022(5):39-42.
［16］ 周帼彦,凌祥,涂善东. 螺旋片导流式分离器分离性能的数值模拟与试验研究［J］. 化工学报,2004,55(11):1821-1826.
［17］ 邱顺佐,王国荣,王广申,等. 纯化天然气水合物螺旋分离器流场与性能分析［J］. 化工进展,2019,38(11):4856-4864.
［18］ 韩霄,张洪涛,张林,等. 流速及丙烷体积分数对丙烷-水两相混输的影响研究［J］. 科技与创新,2022(22):86-91.
［19］ 马洋洋,王立满,范飞,等. 螺旋入口构件对立式分离器分离性能影响的数值模拟［J］. 石油化工设备,2020,49(1):36-41.
［20］ 周晓君,张开宏. 双螺旋气液分离器分离性能的流场数值分析［J］. 工业控制计算机,2016,29(10):100-101,104.
［21］ 周创创,周晓君,郭华,等. 螺旋分离器内的压力数值模拟［J］. 工业控制计算机,2018,31(12):6-7.

相似文献/References:

[1]独 岩,孙国刚,祖泽辉.旋流板和螺旋导叶气液分离性能对比研究[J].石油化工设备,2022,(02):11.[doi:doi:10.3969/j.issn.1000—7466.2022.02.003]
　DU Yan,SUN Guo-gang,ZU Ze-hui.Comparative Study on the Performance of Gas-liquid Separation of Cyclone Plate and Spiral Guide Vane[J].Petro-Chemical Equipment,2022,(01):11.[doi:doi:10.3969/j.issn.1000—7466.2022.02.003]

备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期： 2023-08-10 作者简介： 方玮玮（1998-），女，安徽六安人，在读硕士研究生，研究方向为新型高效传热传质设备。E-mail：fangwei_w043@163.com。
通信作者： 虞 斌（1965-），男，江苏南通人，教授，硕士，研究方向为热管技术的工程化应用和高效高温耐腐蚀传热传质设备技术。E-mail：abyu@njtech.edu.cn。
更新日期/Last Update: 2024-01-20