天然气的开采和运输中都需要对其中所含的饱和水和游离水进行分离,在常用的天然气脱水方法中旋流分离法是最经济和高效的方法,其采用的旋流分离器是一种有效的实现气液分离的流体机械。旋流分离器应用于天然气中水的分离可以显著提高天然气的品质和减小天然气中的水会对输送管道的危害,因此研究旋流分离器结构对天然气-水分离性能的影响规律具有重要的工业应用价值。本文针对目前常规旋流分离器应用于天然气-水分离作业中存在的分离效率不高、能量消化大的缺点,设计了一种新型的旋流分离器,并通过数值模拟对其分离性能进行了研究。本文的主要研究内容包括:1.经过文献调研和理论计算,设计了一种新型旋流分离器(渐开线入口-螺旋型流道旋流分离器),给出了其各结构尺寸参数,建立了三维几何模型。2.根据旋流分离器流场的特征提出了适用于旋流分离器内流场计算的数值模拟技术,包括流场的控制方程、数值计算方法、湍流模型、离散格式等。3.对旋流气液分离器的气相流场进行了模拟研究以得到旋流分离器内部气相流场的各速度矢量和压力分布,并分析内流场特征对分离性能的影响规律。4.为了获得新型旋流分离器的分离性能,模拟了新型旋流分离器和常规旋流分离器的气液分离流场,并对两者的结果进行了对比研究。新型旋流分离器的分离性能研究结论如下:1.气液旋流分离器的内流场为三维、强湍流流场,流场中的切向速度是天然气与水分离的主要动力,而轴向的的速度极其无规律。2.在分离过程中天然气在旋流腔中心所产生的上升气流不稳定,因此应适当将溢流管插深一点,使天然气在旋流腔内的活动空间变狭小,确保纯净的天然气能够按照轨迹从溢流口流出。3.本文所设计的新型旋流分离器能较好的降低流体在入口段的压力损失,降低流体与壁面的摩擦损失,使流体更稳定的进入旋流腔。4.从旋流腔内部的液滴相浓度分布图来看,螺旋式的流道比普通的流道更有效的使腔体中心的液滴分布减少,有效的降低了流体在旋流腔内部流动时的压力损失,使纯净的气体稳定的从中心的负压区域上升,增大了分离效率。综上,本文所设计的渐开线入口-螺旋流道旋流分离器的分离性能相比于常规旋流分离器有显著的提升,其气液相分布更有利于分离,压力损失更小,可以更高效、更经济的对气液进行分离。