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。     

水力旋流器压降的影响因素

水力旋流器是利用密度差进行多相分离的非均相机械分离设备,其结构简单,由进料管、柱段、锥段、溢流管和底流管组成,但内部液体的流动非常复杂。旋流器压降是非常重要的性能参数,直接影响内部的流场分布、颗粒运动及分级效率。通过对不同结构尺寸的水力旋流器进行性能实验,得出了水力旋流器压降的影响因素。     

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。     

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。     

轴流式两级一体化水力旋流器结构参数优选北大核心CSCD

为实现采油井筒井下等有限空间内开展油水高效分离处理,设计了一种新型轴流式两级一体化水力旋流器,对旋流器9种不同结构参数对分离性能的影响规律进行了系统研究,并对结果进行了试验验证。依据各结构参数对旋流器分离效率的影响,确定了最佳结构参数,获得最高分离效率为96.38%、溢流压降为89.42 kPa;重点对二级稳流锥角参数变化对质量效率影响并不稳定的原因进行探究,研究发现特定的二级稳流锥角为12°时,在二级稳流锥角外壁面处不产生循环流,且在总溢流口上方位置会产生回流现象,从而可最大程度提高分离效率;旋流器内的循环流和回流也会影响压降的变化,增大溢流压降更有利于油相分离。本文研究可为轴流式水力旋流器的结构设计及实际应用提供参考。     

涡流探测管结构对液-液旋流器分离性能的影响

介绍了三种溢流口结构，试验测定了有涡流探测管和无涡流探测管除油水力旋流器的粒级效率。试验研究发现，有涡流探测管的旋流器对不稳定乳液的分离效率高于无涡流探测管时的分离效率。主要探索溢流口结构对旋流器分离性能的影响。     

适用于超低进液量的微型水力旋流器结构优化

针对超低进液量条件下油水旋流分离精度难以保障问题,提出了一种微型水力旋流器结构。借助3D打印技术试制微型水力旋流器样机,开展室内分离性能测试。基于Plackett-Burman设计对影响旋流器分离性能的主要结构参数进行显著性筛选,得出了结构参数对底流口含油浓度影响的显著性排序。结合最陡爬坡设计与响应曲面法,对显著性较高的结构参数与底流口含油浓度间的数学关系模型进行构建,基于最小二乘法对模型进行求解,确定出可提高分离性能的结构参数最佳匹配方案。对初始微型水力旋流器结构及优化结构开展不同分流比、处理量以及含油浓度条件下的分离性能对比实验,实验得出优化后结构在溢流分流比为30%,处理量为1.0 L/min,含油浓度为2%时质量效率最高,达到99.85%。优化后旋流器的分离性能明显高于初始结构,实验结果验证了响应面设计优化方案的准确性,同时也证明了设计的微型水力旋流器在超低进液量条件下油水分离的高效性。     

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%。     

针对极群组破碎分离水力旋流器参数化研究

针对废旧铅酸电池极群组破碎后的铅膏与其他杂质分离问题,构建了固-液分离旋流器中液固两相流的湍流模型。揭示固-液分离旋流器溢流管的深入长度、溢流管管壁厚度、排砂口直径与预分离区域高度对分离性能的影响规律,利用正交试验对比进行了分析与研究。通过对正交试验设计方法进行对比分析,得出排砂口直径对旋流器分离效率影响最大,预分离区域高度次之,而溢流管管壁厚度最小。选择最优参数,建立旋流器数值模型,分析杂质体积分布情况,利用Fluent重新计算得到铅膏杂质的分离效率达到89.03%。建立优化后的旋流器实验样机,将得平均分离效率与数值仿真结果进行对比,最终相对误差较小,仿真模型合理。     

微型旋流器溢流口结构参数对SCR废催化剂分离性能的影响

TiO2(钛白)以其优越的白度和稳定的物理化学性质被广泛应用于涂料、橡胶、塑料、日化等行业。采用旋流分离法从SCR废催化剂中分离出TiO2,以提高净化效率为目标,通过试验和模拟研究考察了微型旋流器溢流管的结构对分离效率的影响。数值模拟上采用了雷诺应力模型和离散型模型模拟,试验上使用直径为20mm的微型旋流器来分离粒度分布为(1～56)μm的颗粒物料。结果表明,在相同的处理量下,溢流口直径为4.5mm、溢流管伸入深度为10mm时,旋流器对物料的净化效率最高。     

生产参数对水力旋流器分离效果的影响

针对现场生产参数直接影响到水力旋流器油水分离效果的问题,建立其关键部件S31803型旋流管的数值模型,利用Fluent对旋流管流场进行数值模拟,通过UDF定义油滴在连续湍流场中的最大稳定直径,分析压差比、含气率、处理量对水力旋流器分离效果的影响,并由现场试验进行验证。研究结果表明:当压差比的增加时,水相出口含油率降低,出口流量下降,溢流比上升;入口含气率在2%以下时,对水相出口含油率无明显影响,含气率大于2%时,低密度的气体挤占了溢流通道使水相出口含油率明显升高,含气率越高水相出口含油率越高;处理量增大时会增加向心加速度,但同时加强了流场中的湍流强度,油滴破碎机率上升,分离效果受到影响。该研究对水力旋流器的生产参数采用数值模拟配合试验验证的方法进行优化,提高设备调试效率,为水力旋流器现场应用及研究提供技术参考。     

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%。     

脱油型静态水力旋流器压力损失测试研究

通过分段测试得到水力旋流器内部各分段压力损失占总压损失的比例情况，同时得到脱油型静态水力旋流器流量、分流比分别与压力、压力损失和压降比的拟合曲线近似呈乘幂关系。通过实验测定与理论分析，发现旋流器有效分离时底流需保持合理的背压，而当溢流压力与底流压力满足适当的比例分配关系时分离效果才较为理想。     

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。     

基于正交的割缝式旋流器结构优选和试验研究

为改善螺旋叶片式旋流器分离含油污水的性能,在传统旋流器原型基础上,设计出一种新型割缝螺旋叶片式旋流器。为探究割缝尺寸对分离效率的影响规律,通过正交试验法对割缝尺寸及结构进行优选。通过FLUENT流体软件对优选结构的分离效率、压力场和油相分布进行数值模拟分析,发现正交试验法优选出的结构明显改善油核排出情况,内部速度场具有较好的周向对称性,并且降低了底流口含油量,同时又提高了旋流器分离性能。最后通过试验验证,得到分离效率最高可达93.7%,符合正交试验法的指标估算和数值模拟结果,从而证明了对旋流器溢流管进行割缝设计方案具有可行性。     

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。     

同向出流倒锥式旋流器的结构模拟分析

基于现有油水分离的研究成果,提出了一种新型旋流器——同向出流倒锥式旋流器,介绍了其结构及工作原理。基于计算流体力学(CFD)方法,运用Fluent软件对其内部流场进行了数值模拟分析,通过观察流场特性,分析了新型旋流器的典型结构参数(溢流管直径、溢流管伸入长度、锥角和出水口尺寸)对其分离性能的影响。     

分流比对两相旋流器性能的影响

通过计算流体动力学Fluent软件,研究分流比对旋流分离器性能的影响,模拟了旋流器内分流比对旋流器所处理流体的压力特性、速度分布及分离效率的影响。发现随着分流比的增大,底流压力降增大,溢流压力降降低,分流比与压降比呈线性关系;简化效率Ej及质量效率Ez变化趋势相似,随着分流比的增加都呈现增长趋势,而综合效率E却随着分流比增加呈现先增大后减小的变化趋势。当分流比为12%时,旋流器综合效率最高,而此时简化效率与质量效率均高于90%。通过室内试验,得出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。     

除油水力旋流器尺寸试验研究

介绍了在室内模拟实验装置上进行的旋流器小锥管锥角、溢流口直径、底流口直径、底流直管段长度和入口当量直径尺寸筛选的实验情况。直流器的溢流口直径和底流口直径对旋流器的分离效果产生较大影响。这对旋流器的设计具有指导意义。     

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。