锥形溢流管开缝水力旋流器流场特性与分离性能研究

为降低旋流分离器压降,达到节能减排的目的,设计溢流管底部开缝结构的旋流器。通过固液分离试验与数值模拟相结合,对常规溢流管（型号Ⅰ）、溢流管双切开缝（型号Ⅱ）、溢流管单切开缝（型号Ⅲ）的旋流器入口流量由780 m L/s逐渐增至1 000 mL/s时的分离性能进行分析研究。研究结果表明：随入口流量的增加,锥型溢流管开缝对旋流器分离效率的影响逐渐减小,压降降幅逐渐增大,入口流量为980 mL/s时,两种改进后旋流器分离效率达到最高值,相较于型号Ⅰ旋流器,型号Ⅱ和型号Ⅲ旋流器的分离效率均基本保持不变,而压降分别降低高达到22.85%,27.46%,节能效果显著。模拟结果显示改进后旋流器的轴向速度、切向速度、压强均有所下降,溢流管开缝对轴向速度影响较大,中心处轴向速度降低明显,对切向速度影响较小。为深入探究旋流器内部流场的规律和旋流器结构改进提供了依据。     

含油污水分离动态旋流器湍流流场特性研究

采用DSM湍流模型对含油污水分离动态旋流器的湍流流场进行了数值模拟。模拟结果表明油污水分离动态旋流器内的流场是三维非对称分布的,分析了湍流流场速度的分布规律,轴向和切向速度的模拟结果和实验结果基本吻合,径向速度的模拟将有助于动态旋流器结构及性能的分析,压力降与入口压力对分离效率的影响都是单独通过转速或流量的变化间接体现的。深入研究动态旋流器湍流流场特性及分离机理,对提高分离效率和结构优化提供了参考。     

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。     

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%。     

两种溢流口形状对水力旋流器性能影响

为了研究圆柱形溢流口和圆台形溢流口对水力旋流器分离过程性能的影响,该文通过ANSYS软件分别求解其内部速度流场和压力场,分析流场的稳定性。研究结果表明:圆台形溢流口水力旋流器中心轴处的切向速度为零,往外延伸速度不断增大,但在旋流器内壁处,切向速度骤降为零;圆柱形溢流口水力旋流器的切向速度变化规律与之相似,但圆台形溢流口的切向速度变化规律更加平稳。圆台形溢流口水力旋流器整体压降要比圆柱形溢流口水力旋流器大13 kPa;进一步分析两种水力旋流器的分离效率和湍流强度,发现圆台形溢流口的分离效率和湍流强度比圆柱形溢流口略高,固-液两相流在旋流器内部停留的时间更长,分离效率更好。     

采出液黏度对三相分离旋流器性能的影响

三相分离旋流器是一种用于油田三元采出液气液固三相分离的新型旋流器。基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)软件Fluent,采用雷诺应力模型(Reynolds stress model,RSM),开展不同采出液混合液相黏度变化对气液固三相分离旋流器速度场、压力特性和脱气除砂效果影响的数值模拟对比分析。研究结果表明:在黏度不大于6.42 m Pa·s时,旋流器受黏度增大的影响,切向速度幅值成降低趋势,切向速度均值降低12.4%,整体上,在研究范围内,该结构旋流器速度场受黏度变化影响相对较小;在黏度不大于6.42 m Pa·s时,旋流器脱气效率和除砂效率均高于80%,旋流器脱气效率最高可达95.97%、对应除砂效率95.19%;研究范围内,混合液黏度变化对旋流器压力降影响较大。随着黏度增加,旋流器溢流压力降逐渐减小、底流压力降逐渐增加。根据相似参数准则,制作了旋流器试验样机,并开展了现场采出液室内试验。模拟与试验结果吻合良好,从而验证了模拟计算结果的可靠性。研究可对适合高黏度介质分离三相分离旋流器的设计提供参考。     

水力旋流器细粒分离效率优化与数值模拟

水力旋流器内流体质点的切向速度、径向速度和轴向速度的分布规律及其流体动力学机理对于细粒分级粒径和效率具有决定性作用,并且受旋流器的结构参数、操作参数和物性参数等因素的影响。选用耐磨耐腐蚀的聚氨酯材料制造的不同规格固液分离水力旋流器,综合考虑分割粒径、处理流量、沉砂产率3项分离效率指标,通过多指标正交试验优化得到分离钙土的工作参数如下:旋流器直径50 mm,底流口直径10 mm,溢流口直径8 mm,并且在0.30 MPa给料压力下可达到分割粒径1.78μm,处理流量为2.39 m3/h的分离效率。同时针对优化后的旋流器工作参数,利用适用于旋流器湍流场的雷诺应力模型,运用FLUENT软件计算不同直径颗粒的亲水性固体在水动力中的速度场,得到分离介质的滞留时间为1.8×10 2s,反向轴速度最大可达3.08 m/s,最大切向速度半径为0.046 m,使得分离效率达到78.6%;从压力场的数值模拟结果看出,径向压强梯度从762.5 kPa/m增大到6 822.2 kPa/m,实现分割粒径达到1.78μm的效果。根据旋流器中压力场、速度场分布特征以及分离介质轨迹等数值模拟结果,提出延长分离介质的滞留时间、提高进料压力、降...     

高分离精度的水力旋流器的开发

介绍了一种具有中心锥和溢流管附件的新型水力旋流器，分离性能试验表明其分离精度较高；对中心锥的结构及其位置参数进行了优化研究。     

具有溢流帽结构的旋流器流场特征及分离性能研究

针对普通旋流器运行过程中存在短路流导致溢流跑粗的问题,提出一种溢流帽式旋流器,并对其进行了数值模拟和试验研究。模拟结果表明,相比于普通旋流器,溢流帽式旋流器内空气柱直径减小,能耗降低,离心力场强度更大,流体切向速度增大,轴向速度降低,颗粒参与分离时间长,分离更充分,有利于改善溢流跑粗,提高分离效率。试验结果显示,溢流帽式旋流器-20μm颗粒分级质效率从36.97%增加到42.17%,分级量效率从39.68%增加到45.90%。并且随着溢流帽直径的增大,底流固相产率增大,溢流中粗颗粒含量减少,有效抑制了溢流跑粗现象。     

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。     

叶片式水力旋流器操作参数优选

采用CFD软件中基于各相异性的雷诺应力湍流模型,应用PC-SIMPLEC算法,对叶片式旋流分离器内部流场进行了全面深入的三维数值模拟,得到了旋流器内部流场的压力分布特性和油相体积分数分布特性。通过数值模拟和试验研究,对旋流器的操作参数进行了优化,分析了不同分流比和流量对分离效率的影响,并最终优选出最佳分流比和最佳操作流量。     

CFD在液一液水力旋流器能耗及分离效率预测中的应用

简要介绍了水力旋流器分离性能测试的实验装置、用于旋流器数值模拟计算的数学模型和分散相模型。计算得到了旋流器的分离效率与流量的关系曲线、粒级效率曲线和压力分布规律，并将计算结果与实测数据进行了对比，这对从理论上评价旋流器的分离性能和结构设计具有重要的意义。     

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.     

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....     

锥角对固-液水力旋流器流场及其分离性能的影响

采用激光粒子图像测速系统(PIV)和计算流体动力学(CFD)的数值方法研究了固液水力旋流器的锥角变化对旋流器内轴向速度场、切向速度场分布以及旋流器分离效率的影响.模拟结果表明,锥角的减小对小颗粒固体的分离有促进作用,但过小的锥角却会使锥段内的涡流强度增加,降低分离效率,针对不同的柱段结构参数,应具有最佳锥角.模拟结果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.     

新型结构的疏浚泥分离用水力旋流器的研究

为解决疏浚泥含沙量过大,应用FLUENT软件建立了水力旋流器内两相湍流三维模型,基于疏浚泥的物性特点,研究了水力旋流器圆柱段长度对分离效率的影响,推导出适用于疏浚泥分离用旋流器的能量损失公式.提出了一种完全长柱型旋流器,其分离效率和耗能都优于常规长锥型旋流器.在保证较高分离效率的情况下,调整入口流速,得到了入口流速、分离效率和能量消耗的关系,为旋流器的选择提供了依据.并验证了在疏浚泥浓度范围内,此类型旋流器均能够达到较高的分离效率.     

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。     

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。     

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。