(3)求解的初始条件：

　　1)假定气体为一元定常流动;

　　2)假定气体为等熵流动即绝热的无摩擦的流动;

　　3)假定气体是完全气体，忽略了质量力并且忽略了气体的热传导作用。

(4)求解的有关公式：

(1–1)

(1–2)

(1–3)

　　其中 P0——气体初态压强，MPa

　　P——气体终态压强，MPa

　　T0——气体初态温度，K

　　T——气体终态温度，K

　　k——等熵指数，一般取1.4

　　M——马赫数

　　A——气体流动截面，m2

　　A﹡——气体流动临界截面，马赫数等于1的截面，m2

　　R——气体常数，取值287J/(kg·K)

　　V——气体出口流动速度或截面流动速度，m/s

　　a——介质中声速，m/s

　　(5)初定一种设计尺寸：

收缩管最大内径为150mm，喉管内径为mm，分离膨胀管内径为50mm，分离管最大内径为60mm，扩散管最大内径为150mm。

　　(6)对设计尺寸进行计算，分析、判断此设计尺寸是可行的：

主要判断在各管段的数值，管道要为“亚-临-超-亚”喷管，即有、、、情形存在。在初定的结构中，给出如图4所示的10个截面直径，由公式(1-1)、(1-2)、(1-3)计算，其结果如表1、2所示。

1)在收缩管，气流压强变化大，压强降最大为52.8%，值由0.07增加到1，故<1;

2)在喉管口，A=A*，A/A*=1，得到=1;

3)在分离膨胀管，值由1增加到1.43，故M>1;

4)在扩散管，值由1.43减小到0.07，故M<1。

故的计算结果是合理的。

另外，的值变化趋势是由小到大再到小，、的值变化趋势是由大到小再到大，与气体动力学理论所述的一致。

当时，MPa、K、m/s，这组数值说明了该分离器为什么必须要求分离介质做超音速运动，因为分离介质做超音速运动时，其温度较低。当超音速最大时，其温度最低，零下几十度，这有利于控制水露点、烃露点，进而把水和液烃从分离介质中脱出去。

补充说明：在用上述10个截面之比来求解值还存在一些问题，参见上文的假设预算、产生超声速气流的二个条件以及国外已取得的研究成果可知，喉管截面为声速截面。扩散管出口气体压强控制到7MPa，该管一定能满足气流超音速分离。否则，该管可能是亚声速喷管或临界声速喷管。还有，如表3中所示问题，其分析原因及解决方法需要在下步实验中探讨。

　　在这些条件和人为控制下，分析M的结果是合理的，即初定的结构设计尺寸能够满足“亚-临-超-亚”喷管特性要求。这表明初定的分离器尺寸是可行的，上述情形是存在的。

　　图4 高速气流实验型分离器的结构设计截面选取示意图

表1 给定、值，，参数计算值 M (140/48)2=8.53 (110/48)2=5.24 (80/48)2=2.79 (48/48)2=1.00 (50/48)2=1.08 (55/48)2=1.15 (60/48)2=1.32 (80/48)2=2.79 (110/48)2=5.24 (140/48)2=8.53

表2 给定P0=10MPa，T0=293K，M值，k=1.4，R=287，参数P、T、V计算值 M P(MPa) T(K) V(m/s)

　　表3 给定P0=10MPa，T0=293K，温度理论计算值与国外数据分析比较 资料与计算 P(MPa) T(K) 国外资料已知 P=3.00 T=233 P=7.00 T=278 温度理论计算 P=3.00 T=207.65 P=7.00 T=264.59 存在问题 温度理论计算值与国外实验值相差较多 原因分析 1、分离介质不同所致，即k的取值不同所致; 2、初始条件假设所致; 3、国外数据是实验测试值，而本文是理论计算值。 解决方法 1、取相同介质; 2、优化初始条件; 3、实验测试。 六、结 论

　　本文从高速气流实验型分离器的分离原理、生产应用流程、结构设计方案流程、结构设计思想和计算方面进行研究。在拉伐尔喷管等理论分析基础上，获取了一些有助于高速气流实验型分离器结构设计的理论、方法、思想，设计出一种高速气流实验型分离器内侧结构，收缩管最大内径为150mm，喉管内径为48mm，分离膨胀管内径为50mm，分离管最大内径为60mm，扩散管最大内径为150mm。此结构从理论上能够实现天然气超音速低温控制天然气中水露点、烃露点，这解决了高速气流实验型分离器研究中一大难题。

　　参考文献

　　[1] G.伊曼纽尔[美],周其兴[译],李之江[校].气体动力学的理论与应用[M].宇航出版社,1992

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