【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气液两相流分离，更具体地，涉及一种喷管带有内波纹结构的超音速旋流冷凝分离装置。
技术介绍
1、超音速旋流分离技术相比常规的分离技术，如重力分离、惯性分离和膜分离等技术相比，具有装置紧凑性好、结构简单和含湿组份脱除深度高等优点，自该技术原理提出以来受到国内外众多研究单位和学者的关注，是一种非常有应用前景的新型气液两相分离技术。
2、相比于常规气液两相流分离技术，超音速旋流分离将相变冷凝、旋流分离、扩压恢复过程融为一体，使得分离装置结构非常紧凑。但也存在着装置内部流场对外在边界条件的敏感性大、冷凝液分离段内易出现激波等问题。为此，专利cn200810011258.6提出一种锥芯式超音速旋流分离装置，将复杂的喷管内表面型线加工变为了中芯锥的外表面加工，降低了喷管段的加工复杂性；专利cn201210229819.6和cn201710468051.0分别采用可动锥芯和二次回流方案进一步强化了超音速旋流装置的工况适应性和凝液分离能力；专利cn201610578253.6提出了一种超音速旋流分离器结构，在超音速喷管下游构造了二次喉道扩压器，采用多孔渐缩段和多孔渐扩段来调控超音速喷管下游分离区激波位置。受超音速旋流分离原理的约束，在超音速喷管出口处要设置排液装置，但超音速出口处流场仍处于超音速状态，超音速喷管出口处流场边界条件的改变会对流场产生干扰而出现激波，造成冷凝液滴的再次蒸发气化，影响超音速旋流分离的最终效果。
3、现有技术中采取的措施在一定程度上稳定了超音速旋流分离器的工作流场，但排液口处激波现象无
技术实现思路
1、针对相关技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种喷管带有内波纹结构的超音速旋流冷凝分离装置，旨在解决超音速旋流分离二次蒸发和压损过大的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种喷管带有内波纹结构的超音速旋流冷凝分离装置，包括：旋流发生段、超音速喷管段、超音速减速区段、亚音速减速扩压段、轴流式导流叶片、冷凝液收集腔和中心导流锥；
3、所述旋流发生段、超音速喷管段、超音速减速区段和亚音速减速扩压段采用同轴布置，固定连接；
4、所述旋流发生段设置在超音速喷管段的前端，所述旋流发生段内布置与中心导流锥固定装配的轴流式导流叶片；
5、所述超音速减速区段设置在超音速喷管段的后端，所述超音速喷管段的内壁面沿轴线布置内波纹，所述超音速喷管段的出口截面的内波纹内切内径与所述超音速减速区段的内径相等；
6、所述超音速减速区段的入口外侧环绕设置所述冷凝液收集腔，所述冷凝液收集腔与超音速减速区段为同轴设置；所述冷凝液收集腔的入口处设置斜切进口，所述超音速喷管段的出口截面的内波纹与冷凝液收集腔的斜切进口连通，以使所述超音速喷管段的冷凝液通过所述斜切进口进入所述冷凝液收集腔。
7、可选的，所述冷凝液收集腔在竖直方向上的下端部设置冷凝液排出口，用于将所述冷凝液收集腔内的冷凝液排出。
8、可选的，所述轴流式导流叶片外侧与旋流发生段管壁内侧相对固定安装；
9、所述轴流式导流叶片的导流偏转角为5°～30°。
10、可选的，所述中心导流锥的前端及后端均采用锥形导流结构，所述中心导流锥的前端张角为20°～40°，所述中心导流锥的后端张角为40°～60°。
11、可选的，所述超音速喷管段包括渐缩段和渐扩段连接而成，所述超音速喷管段内的气流流通截面变化方式为渐缩-渐扩；所述内波纹设置在所述超音速喷管段的渐扩段内壁面。
12、可选的，所述内波纹为连续内波纹或间隔分布内波纹。
13、可选的，所述超音速喷管的渐扩段的管壁内波纹结构为正弦波，满足下式(1)～(3)：
14、
15、s＝r·θ (3)
16、其中，a为内波纹结构的振荡幅值，ω为内波纹结构的振荡波数，为相位角，r和θ分别为超音速喷管扩张段截面平均半径和圆心角。
17、可选的，所述内波纹结构的振荡幅值a的取值范围为(1％～5％)r；
18、所述内波纹结构的振荡波数ω的取值范围为5％～10％。
19、可选的，所述亚音速减速扩压段由平直段和扩张段构成，所述平直段在所述冷凝液收集腔的内部，所述扩张段在所述冷凝液收集腔的外部。
20、可选的，所述扩张段的半张角为5°～15°。
21、通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
22、1、本专利技术提供了一种喷管带有内波纹结构的超音速旋流冷凝分离装置，通过在超音速喷管段内壁面设置内波纹结构，一方面在超音速喷管段构造冷凝液排出通道，避免超音速喷管段内高速旋转气流卷吸冷凝液膜，使得液膜破碎，不利于冷凝液的排出；另一方面超音速喷管段尾端的内波纹内径与减速扩压器入口(超音速减速区段)内径相等，使得超音速喷管段与下游减速扩压段交接断面光滑过渡，不发生显著的流道面积的突变，最大程度降低该处边界条件的改变对超音速流场的影响，从而起到削弱超音速旋流分离器排液口处由于几何边界突变导致的激波现象，解决激波导致的冷凝液滴的再次蒸发和气化压损过大的问题；提高超音速旋流分离器的可靠性与工况适应性。
23、2、本专利技术提供了一种喷管带有内波纹结构的超音速旋流冷凝分离装置，超音速喷管段出口截面的内波纹开口与冷凝液收集腔斜切进口连通，冷凝液通过内波纹结构构造的冷凝液排出通道流出超音速喷管段，并通过切斜进口进入冷凝液收集腔，不影响装置排液的同时进一步削弱排液口激波现象。
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1.一种喷管带有内波纹结构的超音速旋流冷凝分离装置，其特征在于，包括：旋流发生段、超音速喷管段、超音速减速区段、亚音速减速扩压段、轴流式导流叶片、冷凝液收集腔和中心导流锥；
2.如权利要求1所述的超音速旋流冷凝分离装置，其特征在于，所述冷凝液收集腔在竖直方向上的下端部设置冷凝液排出口，用于将所述冷凝液收集腔内的冷凝液排出。
3.如权利要求1所述的超音速旋流冷凝分离装置，其特征在于，所述轴流式导流叶片外侧与旋流发生段管壁内侧相对固定安装；
4.如权利要求1所述的超音速旋流冷凝分离装置，其特征在于，所述中心导流锥的前端及后端均采用锥形导流结构，所述中心导流锥的前端张角为20°～40°，所述中心导流锥的后端张角为40°～60°。
5.如权利要求1所述的超音速旋流冷凝分离装置，其特征在于，所述超音速喷管段包括渐缩段和渐扩段连接而成，所述超音速喷管段内的气流流通截面变化方式为渐缩-渐扩；所述内波纹设置在所述超音速喷管段的渐扩段内壁面。
6.如权利要求5所述的超音速旋流冷凝分离装置，其特征在于，所述内波纹为连续内波纹或间隔分布内波纹
7.如权利要求6所述的超音速旋流冷凝分离装置，其特征在于，所述超音速喷管的渐扩段的管壁内波纹结构为正弦波，满足下式(1)～(3)：
8.如权利要求7所述的超音速旋流冷凝分离装置，其特征在于，所述内波纹结构的振荡幅值A的取值范围为(1％～5％)r；
9.如权利要求1所述的超音速旋流冷凝分离装置，其特征在于，所述亚音速减速扩压段由平直段和扩张段构成，所述平直段在所述冷凝液收集腔的内部，所述扩张段在所述冷凝液收集腔的外部。
10.如权利要求9所述的超音速旋流冷凝分离装置，其特征在于，所述扩张段的半张角为5°～15°。
...【技术特征摘要】
1.一种喷管带有内波纹结构的超音速旋流冷凝分离装置，其特征在于，包括：旋流发生段、超音速喷管段、超音速减速区段、亚音速减速扩压段、轴流式导流叶片、冷凝液收集腔和中心导流锥；
2.如权利要求1所述的超音速旋流冷凝分离装置，其特征在于，所述冷凝液收集腔在竖直方向上的下端部设置冷凝液排出口，用于将所述冷凝液收集腔内的冷凝液排出。
3.如权利要求1所述的超音速旋流冷凝分离装置，其特征在于，所述轴流式导流叶片外侧与旋流发生段管壁内侧相对固定安装；
4.如权利要求1所述的超音速旋流冷凝分离装置，其特征在于，所述中心导流锥的前端及后端均采用锥形导流结构，所述中心导流锥的前端张角为20°～40°，所述中心导流锥的后端张角为40°～60°。
5.如权利要求1所述的超音速旋流冷凝分离装置，其特征在于，所述超音速喷管段包括渐缩段和渐扩段连接而成，...
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