Расчет охлаждения природного газа в вихревой трубе - Блинов (Alexander Blinov) Александр Владимирович; Пещеренко (Sergey N. Peshcherenko) Сергей Николаевич; Пещеренко (Marina P. Peshcherenko) Марина Петровна (Вестник Пермского университета. Физика, 2018)
Нефть состоит из смеси углеводородов, находящихся в жидком состоянии в пластовых условиях и в виде газожидкостной смеси на устье скважины. Газовую фазу нефти называют также попутным газом. Существует проблема его доставки потребителям, поскольку строительство газопроводов обычно экономически не оправдано из-за небольших объемов добычи попутного газа на нефтяных скважинах. Перспективным способом решения этой проблемы является сжижение газа в вихревых трубах и его транспортировка потребителям автомобильным транспортом. Вихревые трубы не имеют движущихся деталей и практически не требуют обслуживания. Исследования по разработке данной технологии стали проводиться относительно недавно и пока не привели к серийным изделиям. Основная трудность состоит в низкой точности инженерных расчетов рабочих характеристик вихревых труб, которые проводятся по полуэмпирическим методикам и требуют испытаний опытных образцов изделий. Решением этой проблемы может стать моделирование процессов охлаждения газа в вихревой трубе средствами вычислительной гидродинамики. В представленной работе реализован именно такой подход. В полной постановке задача о моделировании вихревой трубы включает расчет течения как внутри трубы, так и на выходе из холодного и горячего концов, что требует больших вычислительных ресурсов. Нам удалось свести задачу к моделированию течения только внутри вихревой трубы. Для этого мы продлевали отводящие трубопроводы из холодного и горячего концов так, чтобы давление газа на выходе из них было бы близко к атмосферному. Для тестирования методики использовали экспериментальные данные, полученные в работах других авторов, а также на опытном образце вихревой трубы, разработанной авторами. Вычисленные локальные характеристики течения, такие как поля скоростей (осевая и тангенциальная компоненты), давления и температуры имели тот же вид, как в опубликованных экспериментальных работах. Интегральная характеристика вихревой трубы – величина охлаждения, полученная при численном моделировании, отличалась от экспериментальных данных не более чем на 4–7%.