涡流管是一种用于天然气脱水脱烃的能量分离装置,经研究发现高速旋流会在管内产生能量耗散及粘性损失,因此,本文针对涡流管进出口处流动现象设计一种三维叶片整流器,将旋流转化为平行流,实现能量高效回收。详细过程主要通过理论、模拟及实验相结合的方式,依据气体动力学及能量传递原理,设计整流器及涡流管详细结构,搭建实验平台,研究了上述整流器对涡流管制冷效率及结构尺寸的影响。具体内容及主要结论如下:(1)分析涡流管内部流动规律,设计三维叶片整流器结构。采用直母线叶片设计方法,依据安装位置的气流速度方向及变化规律,确定叶片角度变化趋势,发现在不同压比下,涡流管内部流场变化明显,当压比较低时,气流切向速度与水平夹角较小,因此整流器叶片入口角度较小时制冷效率较高。当压比较高时,气流切向速度与水平夹角较大,因此整流器叶片入口角度较大时制冷效率较高。并增加中间准线,使其叶片过渡平滑,降低气流冲击损失,并在叶片间采用渐扩流道,进一步回收气体能量。(2)利用数值模拟确定整流器不同结构参数及安装位置对涡流管制冷效率的影响。针对整流器不同叶片数量,通过模拟结果发现,当叶片数量为4时,整流效果最明显,当其小于4时,整流效果减低,而高于4时,叶片间流动损失增加,综合制冷效率降低;针对涡流管叶片内外径进行模拟分析,发现冷端整流器最优内外径分别为10mm及40mm,而热端整流器最优内外径分别为6mm及20mm,增加或减小其数值均会对流动产生不利影响;冷端整流器安装于出口处,而针对热端整流器,发现其安装于热端阀前对制冷效率提升幅度最大。(3)搭建涡流管实验平台,调整不同结构及操作参数进行相关研究。结果表明,当两端同时安装整流器时,制冷效率有明显提升。针对3压比操作条件,安装整流器可使单位制冷量提升65%,制冷效应提升35%;而针对固定工况,在满足制冷效率要求的前提下,通过增加整流器结构可显著缩短热端管长径比,提高设备空间利用率,降低设备投入。