Моделирование и метод расчета кавитационно-вихревого аппарата

ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2017. № 1

зуемых объемов нефтяного газа в промышленный оборот существенно улучшит

экономическую эффективность нефтедобычи. Практика применения различных

методов промысловой подготовки ПНГ, его очистки и утилизации показывает,

что практически всегда возникает ряд сопутствующих проблем, связанных с

повышенной коррозией оборудования и металла трубопроводов, обусловлен-

ной содержанием кислых компонентов в газе. Решить эти проблемы можно

применением непосредственно на нефтепромыслах новых технологий и совре-

менного оборудования, в том числе основанного на принципах кавитационно-

вихревых эффектов.

В настоящее время для очистки ПНГ, нефти и продуктов переработки при-

меняют различные физические процессы и массообменные аппараты, выбор

которых обусловлен влиянием таких факторов, как состав и свойства продукта,

необходимая степень его очистки, область использования и пр. Интенсифика-

ция массообменных процессов при очистке ПНГ и нефти в системах газ–

жидкость и жидкость–жидкость в технологических кавитационно-вихревых

аппаратах (абсорберах) достигается дроблением (диспергированием) рабочей

жидкости путем ее распыливания.

Диспергирование жидкости — сложный, многофакторный процесс, кото-

рый протекает за счет действия внутренних и внешних движущих сил. Распы-

ливание рабочей жидкости происходит на выходе из кавитационно-вихревого

устройства [1, 2].

К внутренним силам относятся межмолекулярные силы, режим движения

потока и его турбулизация. Интенсивность турбулентных потоков (пульсаций)

зависит от свойств жидкости, перепада давлений и от особенности конструкции

распылителя (аппарата). Увеличение скорости истечения способствует росту

интенсивности пульсаций турбулизации и повышению качества диспергирова-

ния жидкостей. Внешние (газодинамические) силы вызваны взаимодействием

диспергируемой жидкости со средой, в которую она распыляется, а также пере-

мешиванием струй или их соударением с твердой поверхностью. Их величины

зависят от плотности среды, скорости струйного потока и диаметра капель

жидкости. Увеличение скорости движения струйного потока также приводит к

скорому дроблению жидкости и к улучшению качества диспергирования.

Турбулентные и кавитационно-вихревые эффекты, зависящие от свойств

жидкости, способствуют дроблению сплошного потока жидкости на мелкие капли.

При каплеобразовании распыливание струи происходит следующим обра-

зом: формируется поверхностный слой, разделяющийся под воздействием тур-

булентных сил на частицы различной формы и величины, затем мелкие частицы

при действии сил поверхностного натяжения приобретают форму шара, в ре-

зультате чего образуются капли, а крупные частицы продолжают распадаться.

В процессе деления капельной жидкости в потоке газа неизменно возникает ос-

цилляция, вызванная циркуляцией жидкости в каплях и приводящая к их из-

менению.