溢流管开缝对旋流器分离性能影响研究

针对水力旋流器分离过程中溢流管内部流体高速旋转造成的大量能量损失，基于压降机理，增加溢流管过流量可降低旋流器内部流体动能损失，将直径为100 mm型号旋流器溢流管设计为：水平开缝、上倾开缝、下倾开缝的渐缩开缝型溢流管。选用多相流VOF模型和雷诺应力模型（RSM）计算不同型号旋流器的分离性能，对旋流器内部速度场、压力场进行了细致分析，并在相同实验条件下对改进前后的水力旋流器进行物料分离实验，研究新型水力旋流器节能效应。结果表明：压降降低主要与轴向速度、切向速度衰减、压强降低梯度有关。入口流量在880～1 000 mL/s范围内，溢流管水平开缝、上倾开缝、下倾开缝的旋流器与常规旋流器分离效率基本趋同，且在入口流量为980 mL/s时分离效率达到最高，此时相较于常规型水力旋流器压降降幅率分别为23.79%、11.65%、26.46%，节能效果显著。     

筒体结构对轴流式气液旋流器分离性能的影响

试验研究了不同筒体结构的轴流式气液旋流器的分离效率和阻力损失性能,试验研究表明,在流速相对较低时,管锥式旋流器的分离效率要高于管柱式,而在流速较高时,管柱式旋流器的分离效率要高于管锥式.对于一定的处理量(即流速一定),管锥式旋流器的压降损失要低于管柱式.     

入口结构对粒径重构旋流器分离性能影响分析

为提高水力旋流器对细小油滴的分离效率,对旋流器入口结构进行分析,发现弯管形式入口对不同粒径油滴具有重构和聚结的功能,即不同粒径油滴经弯管入口后分布在入口截面的不同位置,结合弯管入口结构设计了一种可实现油滴粒径重构的油水分离旋流器.采用群体平衡模型(Population balance model,PBM)模拟油滴破碎与聚结,对粒径重构旋流器内部流场特性进行数值模拟.对比分析了旋流器在不同角度弯管下的油滴粒度、湍动能、速度、油相体积分数及分离效率变化情况,并开展了室内试验.结果表明:粒径重构旋流器能够提高对细小油滴的分离效率,且180°弯管下分离性能最佳,旋流器总体效率达到97.31％,相对于优化前的旋流器提高了2.85％,内外层入口处油滴粒径分别达到0.36 mm和0.33 mm,呈现出较好的聚结效果.数值模拟结果与试验结果吻合良好,验证了数值模拟的准确性及优化结构的高效性.     

旋流器分离油泥的数值模拟分析

针对油泥含油量高、含渣量低的特点,应用Fluent软件,采用k-ε标准湍流模型和混合模型对旋流器分离油泥时油-水-颗粒三相的分离过程进行数值模拟,研究不同入口体积流量和不同入口油泥颗粒直径对三相分离效果的影响.数值模拟分析结果表明:油水的分离区域主要集中在圆柱段和圆锥段上半部分;随着入口体积流量的增大,油和颗粒的分离效率都表现为先提高后基本保持不变;入口体积流量为60 m3/h,对应入口流速为6m/s时,旋流器的分离效果最佳;油泥颗粒的粒径越大,旋流器的分离效果越好.     

简体结构对轴流式气液旋流器分离性能的影响

试验研究了不同简体结构的轴流式气液旋流器的分离效率和阻力损失性能,试验研究表明,在流速相对较低时,管锥式旋流器的分离效率要高于管柱式,而在流速较高时,管柱式旋流器的分离效率要高于管锥式。对于一定的处理量（即流速一定）,管锥式旋流器的压降损失要低于管柱式。     

水力旋流器结构形式及参数关系研究

目前，水力旋流器在油田采出液预分离和含油污水处理中逐步推广应用。水力旋流器具有结构简单紧凑、效率高、体积及占地面积小等优点。对水力旋流器结构及参数关系进行了分析。通过改进与优选水力旋流器结构，得到旋流器单体的双入口结构理想型式为反涡线、大小锥段为圆弧过渡形式。同时简要分析了高次曲线与正余切曲线结构的锥段过渡形式，确定出合理的水力旋流器单体旋流腔长度为65mm。经过理论研究和对比试验发现，具有结构参数关系模型的水力旋流器较常规结构的水力旋流器有更高的分离效率。     

水力旋流器湍流特性研究

在介绍水力旋流器湍流特性的研究意义及前人研究成果的基础上，对水力旋流器中湍流能量的产生、分布和转化机制以及湍流对水力旋流器固液分离性能的影响进行了探讨。研究表明，较高的湍流强度将降低旋流器的分离效率，而雷诺切应力的存在则对旋流器的工作有利有弊。研究成果对水力旋流器的优化设计与运行具有指导意义。     

不同入口形式油水分离旋流器数值模拟的对比分析

基于计算流体力学(CFD)软件Fluent中的雷诺应力模型(RSM),对4种不同单向入口油水分离旋流器进行数值模拟分析,对比了4种结构的压力损失、湍流强度、切向速度和除油效果。结果表明,入口结构对油水分离旋流器的分离性能影响较大。在本研究范围内,收缩形入口旋流器(结构B)分离效率最低,为83.2%;螺旋线形入口旋流器(结构C)的分离效果最理想,可达到92%以上,且压力损失和能量消耗比渐开线形入口旋流器(结构D)的小。本文可对油水分离旋流器入口结构的设计和改进提供参考。     

聚合物对旋流器内油滴聚结与分离效率的影响

为了研究聚合物对水力旋流器内油滴聚结与分离效率的影响规律,以螺旋导流内锥式旋流器为研究对象,利用群体平衡模型(PBM)方法对不合聚与含聚0.5‰工况下油水两相在旋流器内的速度场、黏度场、油滴聚结、运移特性及分离效率进行数值分析,并通过实验验证.结果 表明:聚合物的加入增大了水相黏度,使油滴在旋流器内最大停留时间与轴向运动距离增加,增加了油滴碰撞聚结的机会,但降低轴心处油滴向上运动的轴向速度,使油滴无法快速从溢流口流出,最终从底流口流出,增加油水分离的难度.与不合聚时相比,含聚0.5‰工况下,轴心处的油滴粒径与含油体积分数较高,但简化分离效率由99.79％降低至94.72％.通过马尔文粒度仪对两种工况下入口与出口的油滴粒径进行测试,含聚0.5‰时溢流与底流口油滴粒径高于不合聚时,验证了模拟的准确性.     

中心复合设计的水力旋流器结构优化与试验研究

水力旋流器分离过程难以实现低能耗高效率的操作,现提出一种锥形溢流管的开缝结构。通过研究试验与响应面模型,以旋流器分离效率与压降为目标函数,实现锥形溢流管开缝层数、开缝位置及开缝角度的优化设计分析。针对?100 mm型旋流器,采用中值粒径为41.52μm的玻璃珠细粉测试,实验结果表明：在一定范围内开缝定位尺寸对旋流器分离性能影响较小;开缝角度和层数对旋流器分离性能影响显著。得出最优组合是溢流管开缝层数为3层、开缝定位尺寸为5.3 mm、开缝角度为58°的旋流器。较之常规型水力旋流器,经多次实验得出入口流量为920 mL/s,旋流器分离效率增幅率为0.26%,达到最高,压降降低率为24.88%,可见节能效果显著。     

背压对脱水除油一体式液液分离旋流器流场及分离性能影响的研究

应用FLUENT流体动力分析软件,对脱水除油一体式液液分离旋流器进行了数值模拟,分析了底流背压、溢流背压对旋流器速度分布、流量分率及分离效率的影响。结果表明,底流背压和溢流背压对旋流器流量分率的影响可归结为压降比的影响;底流背压和溢流背压对旋流器分离效率的影响可归结为底流分率的影响;牛顿效率比传统的除油效率和脱水效率更能全面地表征旋流器油水分离的性能。随着底流分率的增大,牛顿效率先升高再降低,存在一个最佳操作点。研究结果及新的表征方法对旋流器的研究和实际应用具有指导意义。     

水力旋流器分离效率影响因素的研究进展

旋流器分离效率的影响因素有结构参数、操作参数和物性参数。结构改进和新型旋流器对油水分离效率有较大改善,但提高潜力有限;操作参数的优化可以达到最高分离效率,但受结构和物性限制;油水性质是影响分离效率的决定因素。对油水物性的研究和改善将是未来旋流器发展的方向。     

轴入式两级串联旋流器流场分析与性能评估

为解决狭长空间内无法实现油水两相介质高精度分离的问题,结合旋流分离理论,设计了一种可实现轴向进液的两级串联旋流器,针对该装置开展内部流场特性及 分离性能研究。揭示了不同处理量及分流比对旋流器内速度场、压力场、浓度场以及分离效率的影响规律。结果表明：随着处理量的增大,底流口压降最大值逐渐增大且增长速率逐渐增大,旋流腔内切向速度也逐渐增大;增大一级溢流分流比,可减小环式通道及二级旋流器内的切向旋动能,二级溢流分流比对一级旋流器分离性能影响不大;实验及模拟得出研究范围内一级分流比为20%、二级分流比为15%时分离效率最高,最佳处理量为4.8 m3/h,最佳总分流比为32%;装置对不同流量、不同分流比条件具有较强的适应性,分离效率最高可达99.6%。     

油水分离旋流器性能评价研究

提出以分离性能和处理单位体积油水混合物能耗衡量旋流器性能的优劣。归纳出5种衡量旋流器分离性能的指标，在分析了影响分离性能的各种因素后认为，分散相粒径是影响分离性能的最重要因素。提出了唯一正确的旋流器评价方法。     

基于正交法的一体化二次分离旋流器结构参数优选

主要研究了一体化二次分离旋流器结构的初步设计,利用正交试验法,检验一级溢流口直径、二级溢流口直径、底流口直径对旋流器分离效果的影响。确定分离效率为正交试验中的指标,针对试验结果分别利用直观分析法和方差分析法进行分析,验证2种方法的一致性,并对因素进行了显著性检验,发现在研究范围内3种因素均对旋流器整体的分离效果无明显影响。     

锥角对导叶式旋流器分离性能影响试验研究

在其它结构参数和操作参数不变的情况下,对锥角为5°、7°和10°的导叶式固液分离旋流器的分离性能进行了试验研究。试验结果表明,在一定范围内,7°锥角旋流器总分离效率最高、压降较低;锥角不同,对不同粒径的固体颗粒的分离效率不同;随着锥角的减小,旋流器对悬浮物颗粒的分离效率呈上升的趋势。     

基于正交的二次分离旋流器结构优选数值分析

一体化二次分离旋流器是在单体旋流器内部进行二次分离的一种新型旋流器。利用正交法,基于计算流体动力学软件,分别对一级溢流管长度、圆柱段长度、二级溢流管伸入长度、二级锥段角度、底流管长度等结构进行优选。设置油相体积分数为2%、油滴粒径为30μm的混合液作为研究介质。首先采用单一指标的方法找出分离效果最优的结构,然后将优选后的结构与初始结构进行了对比验证。此方法可为水力旋流器的结构参数优选提供参考。     

污水除油旋流器内流场的CFD模拟

简要地介绍了液-液旋流分离器的工作原理、优点和应用.对旋流器进行几何建模,并对模型进行网格划分和定义边界条件.用计算流体力学CFD数值方法,并采用RSM模型对污水除油旋流器的流场进行了数值模拟.对液-液两相流场进行了研究,得出分离器内部的速度场、压力场、粒子轨迹分布和各相体积分数分布图.初步揭示了液-液两相分离的现象....     

三相分离旋流器内流场及分离性能的研究

三相分离旋流器可实现三相混合物的同时分离,如冷焦水去粉除油。为探究三相分离旋流器流场特征及分离性能,采用CFD软件Fluent对其进行数值模拟研究并通过操作性能试验间接验证。结果表明,三相分离旋流器中心溢流管的设计在保留了一般旋流器流场结构的同时,向上旋流形成两个溢出流,可实现第三相的输出。切向速度在环形溢流管和中心溢流管内均沿半径方向增加,在靠近内壁处达到最大值,且中心溢流管内切向速度最大值比环形溢流管内小。模拟结果表明:冷焦水中油相和固相分离效率分别可达到80%和90%。     

油气计量分离器的内流场CFD模拟

简要介绍了旋流式油气计量分离器.用计算流体力学CFD数值方法,并采用RSM模型对油气计量分离器的流场进行了数值模拟.模拟结果表明旋流器流场呈Rankine涡的特点,且与实验结果吻合较好,说明该湍流模型和算法是可行的.另外还对油-气两相流场进行了研究,初步揭示了气-液两相分离的现象,这都为进一步研究旋流器特性参数对分离效率的影响和旋流器的结构优化提供了参考.