基于超音速膨胀过程的天然气脱CO2过程机理研究

The study on the removal mechanism of CO2 in natural gas in supersonic expansion process will be investigated by theoretical, numerical and experimental motheds. The theories of dynamics of phase transformation ，gas dynamics and heat and mass transfer will be utilized to analyze the flow characteristics of CO2, combined with the advanced modern measuring techniques for fluid flows. The condensed parameters of CO2 are expected to be obtained in the supersonic expansion process. The research contents include the following: (a) the mathematical model on surface tension of CO2 droplets in high pressure and low temperature; (b) the physical and mathematical model of CO2 in supersonic condensing flow; (c) parametric analysis of various conditions in CO2 condensing process involving the shapes of nozzle, inlet parameters, the condensation nuclei and so on; (d) the experimental tests of the condensation parameters in CO2 supersonic expansion process;(e) the experimental tests of droplets growth in micro channels and the external cyclone field. An advanced method of removing CO2 from natural gas can be developed through our studies. The results will broaden the research area of gas dynamics and heat and mass theory, and deepen the understanding of phase transition in supersonic condensing flow at the condition of high pressure and low temperature.

本项目以天然气超音速脱CO2过程机理为研究目标，采用相变动力学、气体动力学和传热传质学相关理论，利用现代流体测试技术对CO2超音速膨胀凝结过程进行系统研究，探究CO2在超音速膨胀凝结过程中的凝结特性变化规律。具体包括：高压、低温下的CO2液滴表面张力计算模型研究；CO2超音速膨胀凝结过程物理及数学模型研究；不同喷管形状、入口参数、外界核心等影响因素对CO2超音速膨胀凝结特性的影响规律研究；CO2超音速膨胀凝结过程中有关凝结参数的实验测量；最后对CO2液滴在微通道及外置旋流场内的液滴生长过程进行实验研究。本项目的研究不仅有助于天然气脱CO2新技术的研究与开发,有利于拓宽气体动力学与传热传质学的研究领域，还能加深人们对高压、低温下的超音速相变凝结过程机理的认识。

本项目以天然气超音速脱CO2过程机理为研究目标，采用相变动力学、气体动力学和传热传质学相关理论，利用数值计算技术对CO2超音速膨胀凝结过程进行系统研究，探究CO2在超音速膨胀凝结过程中的凝结特性变化规律。具体包括：高压、低温下的CO2液滴表面张力计算模型研究；CO2超音速膨胀凝结过程物理及数学模型研究；不同入口压力、温度、CO2含量、外界核心参数等因素对CO2超音速膨胀凝结特性的影响规律研究；微通道对超音速分离管内的流动过程研究；超音速分离管结构改进和激波控制研究；旋流器结构设计与旋流分离性能研究；CO2液滴运动轨迹分析及捕捉效率影响因素研究等。本项目的研究有助于天然气脱CO2新技术的研究与开发，有利于拓宽气体动力学与传热传质学研究领域，加深人们对高压、低温下的超音速相变凝结过程机理的认识。