轴向入口油水分离水力旋流器及其数值模拟

介绍了一种用于油水分离的新型水力旋流器——轴向入口水力旋流器,与切向入口水力旋流器相比其结构更加紧凑,更适合于由多个水力旋流器单体构成的组合产品。同时,运用FLUENT软件对其油水分离情况进行了三维数值模拟,计算中采用RSM湍流模型、MIXTURE两相流模型。数值计算结果表明,轴向入口水力旋流器具有良好油水分离效率,值得在石油行业的采油废水处理中进行应用和推广。     

油水旋流分离器数值模拟优化研究

采用计算流体动力学（CFD）软件中的雷诺应力模型（RSM）对油水分离旋流器内部流场进行了数值模拟,研究发现采出液在进口处的相互流动干扰对油水分离效果有重要影响,据此提出了一种新型结构——带有空间阿基米德螺旋线进口流道和导流螺旋的油水旋流分离器。进一步的优化设计和性能试验表明：空间阿基米德螺旋线进口流道和导流螺旋实现了平滑过渡,从而得到较稳定的流场和较高的分离效率。     

基于CFD⁃PBM模拟水力旋流器油水分离特性研究

分析讨论了常规欧拉模型和耦合PBM下水力旋流器的静压力、切向速度及湍流耗散率等流场信息分布规律,结果表明在流场预测方面二者基本一致。在此基础上,采用基于PBM模型的CFD数值模拟方法,对水力旋流器的分离特性进行研究,并探究了不同入口流量、溢流分流比、油相黏度及密度等因素对油滴粒径分布以及油水分离特性的影响。结果表明,随着入口流量的增加,水力旋流器的分离效率呈先增大后减小的趋势,在处理量为4 m³/h时达到98%的最高分离效率;溢流分流比的增大有利于提升分离效率;随着油相黏度的增大,油滴受到的径向力减小,不易发生聚结,使分离效率明显降低;油相密度的增大导致尾管段平均油滴粒径的增加,使分离效率明显降低。总体而言,利用CFD?PBM数值模拟方法可以获得水力旋流器内部油滴粒径分布及变化特性,有利于从不同尺度揭示水力旋流器的分离机理。     

气泡增强型水力旋流器的数值模拟研究

采用欧拉模型与离散相模型相结合的方法对气泡增强型水力旋流器中油-气-水三相流场进行数值模 拟,分析了速度场和油滴粒子的运动轨迹,并且对比了油滴粒径、工作流量、含油浓度3种不同因素对注气后水力旋 流器与常规水力旋流器分离效率的影响。数值模拟结果表明,注气后水力旋流器内流场的切向速度和轴向速度较 常规水力旋流器更高,油滴分离所需的时间更短,对30μm 以上油滴的分离效率比常规水力旋流器高出约20%。从 数值模拟的角度验证了入口注气可以提升水力旋流器的分离性能。     

水力空化与臭氧联合降解罗丹明B

针对超声空化处理量小、水力空化处理效果不够理想及臭氧虽然有较好的水处理效果,但臭氧容易从液体中冒出,造成臭氧的浪费的问题,探讨了增强水力空化的方法并采用水力空化与臭氧联合以提高臭氧利用率.首先研究不同通气量的臭氧单独作用时,对罗丹明B的降解率；其次研究臭氧与水力空化先后参与对罗丹明B降解时的降解率；最后将臭氧与水力空化进行联合,详细分析了1 mm孔径与2 mm孔径的两个穿孔板在固定条件下产生的水力空化与臭氧联合的降解效果,并改变孔径、孔数、进口压强等参数进行实验,研究不同条件下的降解效果.结果显示,臭氧对罗丹明B具有很强的降解作用,水力空化与臭氧先后降解对降解率提高不大,不同的穿孔板在不同的条件下产生的水力空化都可以大大提高臭氧的降解效果,水力空化使臭氧能够基本全部利用,避免了臭氧的浪费,同时臭氧分解成的微小气泡也增强了水力空化效应.     

水力空化强化Na2S2O8的船舶废气脱硝实验研究

为探索船舶尾气高效脱硝新方法，本文使用水力空化强化Na₂S₂O₈进行湿法氧化脱硝。通过与鼓泡方式进行对比，证明了水力空化强化Na₂S₂O₈脱硝的可行性。研究了溶液温度、入口压力、氯离子(Cl^-)等因素对NO去除率的影响。结果显示：当Na₂S₂O₈浓度为0.1 mol/L时，溶液温度从30℃升高到80℃,NO去除率由9.8%增长到71.2%。NO去除率随水力空化反应器入口压力提高呈现先上升后下降的趋势。入口压力为350 kPa时，NO去除率最高。Cl^-可以显著提高NO去除率。溶液温度为60℃时，在浓度为0.1 mol/L的Na₂S₂O₈溶液中加入氯化钠，能产生HOCl、Cl₂等含氯氧化性物质，从而极大地增加反应溶液的氧化能力。NO去除率超过90%的维持时间长达14...     

进料方式对水力旋流器径向流场影响的研究

水力旋流器内部流体径向流场对其内部颗粒的径向位移有着重要的影响,直接影响水力旋流器的最小分离粒度。而不同的进料方式影响水力旋流器内部流体径向流场。针对单边进料和双边进料两种形式,采用FLUENT的RSM模型和mixture模型,对水力旋流器内部流体进行流场数值计算,得出了旋流器内部液流径向速度分布规律。对于设计出高效水力旋流器及确定合适的进料方式提供了依据。     

水力旋流器流场径向速度分布规律研究

水力旋流器内部流体径向速度对其内部颗粒的径向运移有着重要的影响,它是固体颗粒径向运移受到阻力的重要原因,直接影响水力旋流器的最小分离粒度.针对水力旋流器内部流体径向速度分布规律基本上是沿旋流器半径成反比的观点,通过合理选择湍流模型,对水力流器内部流场进行数值模拟,得出旋流器径向速度的分布规律基本上是速度值沿着半径向里先逐渐增加,然后又逐渐降低,在气液界面处基本为零,并对这两种结论从理论上做了对比分析,认为标准k-ε湍流模型和Boussinesq假设均不适合水力旋流器流场.     

文丘里管结构参数对水力空化降解罗丹明B染料废水的影响

为研究文丘里管结构参数对水力空化强度的影响,设计了以文丘里管为核心的水处理装置,选用8个尺寸不同的文丘里管处理罗丹明B废水.研究了文丘里管结构参数、入口压力及反应时间对空化效果的影响,结果表明:文丘里管空化效应优劣与其结构参数有关.随着入口压力的增大(0.3~0.5MPa)、喉径比的降低(0.24~0.08)、喉管长度的增加(25~35mm),不同文丘里管对罗丹明B降解率均呈现先增加后降低的趋势;随着反应时间的增加(0~60min)、扩散段长度的增加(30~90mm),罗丹明B降解率均呈现上升趋势,最高可达15.8%.     

轴流泵叶轮叶顶区空化特性试验分析

为了研究叶顶区空化特性,以某一模型轴流泵为研究对象,利用高速摄影试验,探讨不同叶片数下泵的水力性能和空化性能、不同流量下的叶顶泄漏涡轨迹、不同空化数下的叶顶空化形态以及叶顶区空化发展瞬态特性.试验结果表明,适当增加叶片数,泵的水力性能和空化性会更好;在小流量工况下,叶顶更易发生空化初生;随着流量的增大,叶顶泄漏涡轨迹与叶片吸力面的夹角逐渐减小,同时泄漏涡初生点逐渐向叶顶尾缘移动;在叶顶三角形云状空化尾缘产生云状空化涡,受到叶顶泄漏涡的卷吸,与叶顶泄漏涡涡带尾缘脱落的空化涡相互作用混合,沿着几乎垂直叶片的方向向相邻叶片的压力面移动,造成了流道的堵塞,降低了泵的水力性能.垂直云状空化涡堵塞流道,引起叶顶区流量减小,造成叶顶间隙空化减少以及与叶顶区相连的三角形云状空化的宽度减小.     

旋流式壅塞空化器处理苯酚溶液研究

壅塞空化是一种新型的水力空化技术,在壅塞空化器喷嘴内加入旋流芯即成为旋流式壅塞空化器。在不同背压和旋流芯长度下,利用CFD软件对旋流式壅塞空化器内部流场进行了数值仿真,并对不同初始浓度的苯酚溶液采用高效液相色谱仪检测其处理前后的质量浓度变化。计算结果表明,旋流式壅塞空化器内部产生的涡环对壅塞空化具有促进作用,并存在最佳背压和旋流芯长度。模拟污水处理试验结果表明:当背压为200 k Pa,旋流芯长度为3/4倍导程,苯酚溶液的初始质量浓度为5 mg/L时,旋流式壅塞空化器对苯酚溶液的去除效果最佳。     

孔板通道结构参数对空化效应的影响

孔板制作方便、易于更换,是产生水力空化效应的主要结构形式.为了研究孔板通道结构参数对空化效应的影响,通过Fluent软件建立孔板空化装置的仿真模型,得到孔板通道截面积、孔分布方式、孔分散程度、孔板通道表面粗糙度对水力空化效果的影响规律,即,10种孔板通道参数的气体体积流率随压差的变化曲线;并以亚甲基蓝溶液的空化效应为实...     

基于湍流动力学模型的油水分离装置

目前,各变电站采用在变压器底部建筑蓄油池的方式处理变压器废油,废油混入雨水后形成油水混合物,不仅浪费能源、外泄造成污染,而且还会造成安全隐患。为了解决上述问题,基于新型旋流微泡浮选原理以及湍流动力学,设计一套回流式含油废水高效处理装置,在所设计浮选柱旋流器内将油水混合液体进行分离,由于油、水两相间存在密度差,在混合体系中会发生水中油滴、气泡升浮以及油中水滴沉降的现象,油滴在浮选柱气浮段发生重力场中的聚结行为,聚结形成大的油滴更有利于后续分离。油水分离后将过滤液体回流至池中,通过多次循环高效分离,实现变压器油的提取分离收集和积水清洁化。同时从理论、Fluent软件仿真、自动化和结构优化等方面对该设备进行了研究,通过试验加以验证并且得出了一系列最优控制参数,在最优参数下油水分离效率可达90%。     

海底水合物混合浆体除泥砂水力旋流器

根据海底天然气水合物基本特征和多相流理论,完成了水力旋流器结构参数初步设计,并对原汉考克综合效率计算公式中各参数的含义进行了修正,得到了符合海底水合物混合浆体的改进汉考克综合效率计算公式.然后,建立了水力旋流器的有限元模型,基于雷诺应力模型开发了一种适合液-固-固三相流的流场模拟分析方法,通过数值模拟分析,得到了水力旋流器内部的速度、压力和密度等参数的分布规律.最后,通过结构参数的正交试验优化,得到了水力旋流器的最优结构参数组合,使其分离效率提升到初始方案分离效率的1.36倍.进一步对操作参数进行了正交试验优化,得到了水力旋流器的最优操作参数组合,使水力旋流器的分离效率又提高了5.15%.     

离心泵内部空化流动的定常数值模拟及性能预测

为了研究离心泵内部的空化流动,利用fluent软件中的空蚀模型及混合流体两相流模型,对离心泵的三维湍流空蚀流场进行定常数值模拟,并根据模拟结果显示的液相和空泡相流动特征,预测了离心泵在设计工况下运行时流道内空化发生的位置和程度;通过分析空蚀发生过程中叶片上的压力分布,揭示出离心泵流道内部流场的内在特性,最后对泵的性能进行了预测,说明数值模拟可以为离心泵在特定工况下运行时的空化性能预测提供依据。     

复合型动态水力旋流器的结构设计研究

为了进一步满足油田采出液深度水处理的要求,有必要研制开发动态旋流分离技术.动态水力旋流器的发展历程经历了Total型、预旋流型、复合型三个阶段,其中复合型水力旋流器把Total型动态水力旋流器和常规静态水力旋流的优点有机结合在一起,为相对扩大单根静态水力旋流器的处理量和提高分离效率奠定了基础,代表着动态水力旋流器的研制发展方向.笔者基于对复合型动态水力旋流器旋流供液与分离形式配置、油滴分离过程的分析研究,完成了动力部分主要零部件的结构设计工作,并用Solid Edge软件进行了三维实体模拟.     

水介质旋流器动力学模型的研究

本文建立了一个对旋流器内部的运动进行描述和预测的动力学模型。我们通过对Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程运用有限元求解而获得旋流器内部速度场分布的预测值。相应的速度分布实验数据是利用激光测速系统在直径８０ｍｍ的水力旋流器上采集的。该模型的结果与实验结果相吻合，并且复盖面广。     

水力旋流器的配置计算

合理选配水力旋流器是获得最佳除砂,除泥效果的关键在研究旋流器分离性能与结构及工况条件之间着急基础上,对水力旋流器的工作性能,西欧布置等问题进行了分析,并编制了水力旋流器分离的固相粒径,进浆压力和水力旋流器数理的选配的计算软件。该软件已在现场推广应用,对现场生产实践有一定的指导意义。     

轻质分散相双锥旋流器的压降模型

为了研究各种参数对压降的影响,本文在对旋流器内流场进行分析的基础上建立了计算旋流器压降的分析模型,用来计算旋流器锥段的压降．分析表明：按本文计算的压降代表了旋流器内分离区将流体动能与静压能相互转换所需要的“有效”压降,而旋流器进口处的压降则表示实现流体流道的大小与改变所需要克服的压力损失,“有效”压降所占的比例越大,则表示旋流器的能耗越能有效地用于旋流器内两相液体的分离．通过计算数据与实测压降数据的对比发现,对于一定的旋流器管子以及一定的物料性质来说,锥段压降所占旋流器总压降的比例大体上保持不变,但当旋流器结构尺寸以及流体的物性发生变化时,这种比例会有较大的变化．     

水力空化联合H2O2降解壳聚糖的研究

利用水力空化装置对壳聚糖溶液进行了降解实验。分析了壳聚糖浓度、入口压力、p H值、温度、H2O2浓度等不同因素对壳聚糖溶液降解的影响。结果表明:水力空化对壳聚糖的降解程度随壳聚糖浓度的增加而减小,随着入口压力及水温的增加而增大;在一定条件下,水力空化对壳聚糖的降解存在着一个最佳的p H值;水力空化联合H2O2强化处理大大增强了降解的效果。该方法既能减少氧化剂的投放,也能提高降解的效率。