旋风分离器旋涡尾端测量及压力特性分析

采用多点压力传感器对旋风分离器轴向、径向不同位置的压力时间序列信号进行了测量分析,同时用液体示踪法对旋风分离器内流动进行了显示。结果表明,壁面压力在筒体段及锥体段的周向分布轴对称;锥体下口及料腿顶部区域,壁面压力出现陡降突变,周向分布不再对称,在相对分离器入口约270°方位处出现凹陷,压力降至最低;再往下壁面压力很快回升,又复现轴对称。这些特征可作为旋涡尾端的识别标志,由此识别的旋涡尾端位置与液体示踪显示的旋转的封闭液环位置几乎一致。试验还发现,当入口气速大于5m.s-1时,旋风分离器内外旋流区压力波动的频率不同,内旋流压力波动频率高于外旋流且随入口气速增减而增减,外旋流区的压力信号频率则不随入口气速改变;内旋流涡核碰到器壁处的壁面压力信号会同时具有内、外旋流两个主频率。采用壁面压力信号可以很好地研究旋风分离器旋涡尾端的位置及其动态特性。     

导流叶片螺距对前置型超音速分离器流场特性的影响

超音速分离器主要由Laval喷管、旋流管和扩压管等主要部件组成,是一种高效节能的脱水净化装置。由于旋流位置的不同,分离器内部流场的特性变化也会不同。本文通过研究前置型旋流段内导流叶片螺距的不同对分离器内部流场产生的影响,进而实现对分离器旋流段内部结构和旋流段位置的优化设计,以提高超音速分离器的脱水效率。     

泡沫钻井井底压力动态变化分析

泡沫钻井当地层流体侵入时,会使泡沫物性发生变化,直接影响泡沫在井筒的流动状态。基于计算流体力学和多相流的相关理论与研究方法,考虑地层流体的侵入,建立了泡沫在环空中流动的瞬态计算模型,分析了不同注液量、注气量和井口回压下井底压力随时间变化规律。研究结果表明,当注液量、注气量和井口回压不同时,地层流体侵入对井底压力的影响变化非常明显:地层水侵入使得井底压力增大,地层气体侵入使得井底压力降低;在地面可通过合理的设计注液量、注气量和井口回压来实现地层流体侵入时井底压力的控制。     

基于井底恒压的深井气侵溢流特性分析

精确井筒多相流水力学模型的建立和井口回压实时调节是井底恒压控压钻井作业的关键。针对深井气侵溢流规律,结合控压钻井工艺特性,综合考虑井筒-地层传热和温度压力对钻井液物性参数的影响,建立了基于井底恒压控制方法的控压钻井井筒与地层耦合流动模型。计算结果表明,忽略温度压力对钻井液物性参数影响的井口回压计算值偏小,使得井控风险大大增加,在现场控压钻井设计中不可忽视。在井筒压力控制过程中,井口回压会呈规律性的波动变化,随着时间的推移,井口回压先增大后减小,并在气体前沿运移到井口时出现峰值。现场作业时,需要提高溢流量监测精度,有利于降低井口回压调整幅值,减小井口装备压力负荷,提高作业安全性。     

立体旋流筛板空间气相流场的CFD模拟

应用STAR-CCM+软件,采用Realizable k-ε模型,对立体旋流筛板空间气相流场特性进行了数值模拟研究。结果表明:立体旋流筛板空间主要存在贴近筛板壁面的穿孔流动与两筛板间的旋流流动2种方式,气体经立体旋流筛板的流动过程分起旋阶段与旋流发展阶段。在贴近筛板壁面的区域,由内筒外壁至外筒内壁方向,穿孔流动速度在各流动阶段均呈增加的趋势;在两筛板间区域,起旋阶段,由内筒外壁至外筒内壁方向旋流流动速度值变化较小,沿旋流方向靠近下一块筛板区域的速度值较大;旋流发展阶段,由内筒外壁至外筒内壁方向旋流流动速度值呈先降低再增加的趋势,沿旋流方向靠近上一块筛板区域的速度值较大。在轴向不同高度区域,贴近筛板壁面的穿孔速度为中部最大、上部次之、下部最小;两筛板间的旋流流动速度为上部较小,中、下部较大。各区域速度值随着气相动能因子的增加而增加。     

钻井液循环气液分离器作用效能研究

文中设计制作了一种气液旋流分离器,并将之组合应用于自主设计和建立的钻井液循环流动模拟实验装置。该气液旋流分离器采用筒体与内置锥体结合并具有侧斜向下进液管的构型,利用旋流分离原理实现气液分离。通过模拟实验详细研究了使用气液旋流分离器实现钻井液中气体分离的过程,考察了气液旋流分离器的分离效能以及流体流量、气流量、外接压力、流体黏度等因素对分离效能的影响。实验结果表明:在模拟实验运行条件下,气液旋流分离器的分离效能可达到90%。     

基于空调面板收缩优化的分段保压曲线研究

以空调面板为研究对象,制品顶出时体积收缩率为质量指标,在等效保压压力及保压时间下,比较了恒定保压与分段保压方案对制品质量的影响;并结合Taguchi实验设计方法进行CAE模拟实验,通过实验数据进行极差分析,研究了3段保压方案中各段压力大小及保压时间对制品质量的影响.结果表明,3段递减保压方案在降低制品顶出时体积收缩率方面最为有效,第1段保压压力和保压时间对体积收缩率的影响最显著.当3段保压压力依次为85,70,55 MPa,且3段保压时间依次为1,3,2 s时,制品顶出时的体积收缩率比恒定保压降低了37.46％.     

三相旋流分离器气液固耦合数值模拟研究

针对工程实际三相旋流分离器结构优化设计和特性难于把握问题,基于计算流动动力学CFD理论,建立了三相旋流分离器气液固耦合数值分析模型,采用Mixture多相流模型对旋流分离器进行气液固三相数值模拟,研究了不同进口流量工况下旋流分离器的分离效率与压力损失,确定了结构优化后旋流分离器的最优进口流量区间。     

旋流板捕雾器内部流场的数值模拟

介绍了旋流板捕雾器的主要工艺用途和设备结构特点,利用流体有限元计算分析软件对其内部流场进行数值模拟,得出焦炉煤气在旋流板捕雾器中的流动状态、压力场、速度场等分布情况,并对相关结果进行了讨论。     

万吨片碱分离装置性能研究

分离器是万吨质量分数72%片碱生产系统中重要设备之一,采用数值模拟方法研究分离器的压力分布,分析了旋流板式分离器内部的三维二相流场,气相采用RNG湍流模型,液相采用离散相模型,选择SIMPLE算法进行计算,讨论了不同入口气速对旋流板式分离器性能的影响.计算结果表明:在入口气速为3-13 m/s时,旋流板式分离器的分离压...     

A new liquefaction method for natural gas by utilizing cold energy and separating power of swirl nozzle

A swirl nozzle with a central body was newly designed to make full use of the cold energy and separating power, and the coupling of swirling flow and condensation was realized based on a condensation model, a droplet surface tension model and a Reynolds stress model turbulence model. The flow and condensation characteristics of methane gas under supersonic swirling flow conditions were studied. The results show that the flow and condensation parameter distribution in the swirl nozzle are similar under varying swirling intensities, but the swirling performance improves with the increase in swirling intensity, and a tangential velocity is beneficial before the gas enters the nozzle. As the inlet temperature decreases or the inlet pressure increases, the liquefaction efficiency increases, and the gas condensation process can be promoted. With the advancement of the initial nucleation position and the increase in the droplet radius, the separation efficiency of the swirl nozzle increases.     

湿法脱硫旋流喷嘴雾化粒径空间分布规律

应用于湿法脱硫的旋流喷嘴孔径较大，其雾化粒径在空间上存在一定分布规律，不同于其他领域。这个规律的存在直接影响该类喷嘴本体设计和脱硫塔雾化系统设计。试验利用马尔文激光粒径分析仪，对旋流喷嘴雾化粒径空间分布规律进行了系统研究，为便于分析定义了平均粒径、粒径相对离差和单流量粒径分布平均范围。试验结果表明，大孔径旋流喷嘴的雾化粒径和雾化粒径分布随流量和流出位置的不同均呈现一定的变化规律；各流量下，在与来流夹角90°处，粒径相对离差最大，Sauter平均粒径波动较大，粒径分布范围和粒径分布平均范围均最小，这说明该处分散度小，雾化均匀性好；平均粒径与压力呈幂函数关系；单流量粒径分布平均范围与压力呈线性关系。     

高速煤粉燃烧器内燃烧特性数值模拟及结构优化

高速煤粉燃烧器火焰喷射速度高达60~200 m/s,炉膛内火焰较长,对流换热比例提高,使得炉膛内温度分布均匀,没有传统低速煤粉燃烧器火焰短,炉膛内局部过热和结焦等缺点。笔者以14 MW高速煤粉燃烧器为研究对象,采用数值模拟的方法,研究旋流强度、二次风温度等关键参数对燃烧器内煤粉燃烧的影响,针对燃烧器内煤粉燃烧特点进行结构优化设计。对旋流强度研究结果表明,当旋流强度S=2.2、2.8、3.2及3.7时,燃烧器内回流区形状变化不大,从一次风喷口开始到旋流叶片位置结束,回流区环绕一次风管;最大回流量在一次风喷口附近,距离一次风喷口越远,回流量越小;旋流强度对一次风喷口附近最大回流量影响不大,喷口附近最大回流量均在0.45 kg/s左右,当距喷口超过一定距离(L/H<0.35)时,旋流强度对回流量的影响开始变得明显,表现为旋流强度越大,回流区末端回流量越大,回流区末端回流量最大为0.30 kg/s,最小为0.17 kg/s。研究燃烧器喷口处燃烧状态表明,喷口处火焰旋流强度为0.10~0.28,与入口旋流强度正相关,火焰喷射速度150 m/s,为中等旋流强度的高速旋流火焰;喷口中心区可燃性组分富集,缺氧,燃料和氧气分层分布。当旋流强度提高,喷口中心区可燃性组分浓度降低,CO浓度从11%降低到10%,H2浓度从1.65%降低到1.40%,焦炭浓度从0. 14%降低到0. 11%,喷口边缘O2浓度从13%降低到10%。旋流强度S=3.2和S=3.7时可燃组分和氧气浓度分布变化较小,说明旋流强度提高对燃烧的影响减弱。考察0、100和200℃下二次风温度对燃烧的影响,结果表明,当二次风温度提高,煤粉在燃烧器内的反应时间有所降低,从0.15 s降低到0.11 s,但燃烧器内的煤粉碳转化率提高20%,达到65%。对燃烧器结构进行优化,加入中心风,对比中心风直流和旋流与不加中心风3种状态,结果表明,加入旋流中心风和直流中心风后喷口中心区半径r≤75 mm范围内可燃组分浓度降低,采用直流时由于气流刚性较强,喷口中心区氧气浓度升高,采用旋流中心风对中心区氧浓度影响弱,对可燃组分浓度降低效果优于直流中心风。     

新型气液逆流撞击洗涤喷嘴的优化

针对一种新型气液逆流撞击式洗涤喷嘴,通过冷模实验,采用溶氧法考察了不同结构喷嘴的气液两相传质性能。结合解析率及流型变化,考察了喷嘴出口直径、切向进液口倾角、旋流室收敛段锥角、切向进液口直径、喷口长度5个参数对传质的影响,确定了优选喷嘴的结构尺寸,分析了该优选喷嘴在不同操作条件下(气速、表观液气比和轴切比)的传质效果。结果表明,优选喷嘴在轴切比为0.4~0.6且气速较高时传质效果较好。     

旋流压力式喷嘴低压喷淋液滴粒径的实验研究

以自来水为喷淋介质,对旋流压力式喷嘴低压喷淋液滴粒径进行了测试,分析了压力、喷孔直径和喷嘴流量对液滴索特平均直径(d_(SMD))的影响规律,研究了旋流压力式喷嘴液滴尺寸的分布规律。采用跨径(K)和均匀度指数(N)来揭示喷嘴低压喷淋质量。实验结果表明,d_(SMD)较大,超过250μm；d_(SMD)随喷孔直径增大而增大,随压力和喷嘴流量增大而减小；喷淋液滴尺寸分布均匀性较好,K小于0．65,N大于4。实验结果可以为旋流压力式喷嘴设计和改进提供重要的实验依据。     

催化裂化再生器树枝状气体分布器喷嘴的射流特性

在催化裂化装置中再生器底部通常设置有树枝状管式气体分布器,通过分布器上的喷嘴分布气体。但在实际运行过程中喷嘴常出现布气不均和磨损问题,影响其自身的布气性能和使用寿命。为此,在二维床实验装置上针对喷嘴的射流特性进行了实验研究。实验物料为FCC催化剂颗粒,喷嘴出口气速范围为30～70 m·s^-1,喷嘴喷射角度范围为0°～67.5°。实验用摄影观察法测量喷嘴射流的射流长度和附近的流场流态。实验结果表明射流长度随喷嘴气速和喷射角度的增大而变长。射流气体在向上翻转过程中,在树枝状管式气体分布器两分支管之间产生旋转涡流现象,旋转涡流的大小与喷嘴出口气速和安装角度有密切关系。最后基于实验数据,建立了喷嘴射流长度的计算模型。     

Local bubble size distribution,gas–liquid interfacial areas and gas holdups in an up-flow ejector

Particle image velocimetry (PIV) was used to measure local bubble size distributions (BSD), gas–liquid interfacial areas and gas holdups in an up-flow ejector, based on the water–air system with different liquid and gas flow rates under the presence/absence of the swirl body. The results show that the bubble flow patterns are different whether to add the swirl body into the nozzle, especially at low gas flow rate because the bubbles formed “bubble chain” in the ejector with swirl. The mean bubble sizes D₃₂ of the two are both related to the pressure drop between import and export, gas ratio and liquid flow. The interfacial area and D₃₂ are both mainly dependent on the local gas holdups. The mean bubble sizes in the absence of swirl body are smaller than that in the presence of swirl under different operating conditions. The gas holdups and interfacial area are larger with swirl than those without swirl. With the increase of the gas fraction, the differences of D₃₂, a_t and e_G become smaller.     

Experimental investigation of the effect of fuel nozzle geometry on the stability of a swirling non-premixed methane flame

An experimental investigation on the stability of a swirling non-premixed methane flame is reported in this paper. Methane gas is supplied through a central nozzle, and combustion (co-flow) air is supplied through an annulus surrounding the nozzle. Two main parameters were varied independently, which are the nozzle geometry and swirl strength; however the exit velocity of the central (fuel nozzle) jet and co-airflow were also varied to provide a wide range of test conditions. Two nozzles were tested: a contracted circular (referred to hereafter as CCN) and a rectangular (referred to hereafter as RN), which have similar equivalent diameter, D_e (defined as the diameter of a round slot having the same exit area as the nozzle geometry). The contracted circular nozzle has a diameter of 4.82 mm, and the rectangular nozzle has a diameter of 4.71 with an aspect ratio of 2:1. The swirl strength of the co-flow was varied by changing the vanes’ angle. The main results obtained from this study show that the rectangular nozzle exhibits higher entrainment and jet spreading rates compared with its CCN counterpart. In addition, the results revealed that increasing the swirl strength creates a flow recirculation zone which is larger with the RN compared with that of the corresponding CCN. These flow features associated with the RN lead to an enhanced mixing which consequently promotes better flame stability compared with its CCN counterpart.     

用于细颗粒分离的水力旋流器的压力特性研究

对用于细颗粒分离的水力旋流器的压力特性 (压力降及压降比 )与流量、分流比、旋数、溢流口和底流口直径及气液比等主要参数之间的关系进行了深入的研究与分析。研究发现 ,水力旋流器内部压力降分别随流量、分流比、旋数及气液比的提高而加大 ,压降比则分别随流量、分流比、旋数的提高而降低。随着溢流口直径的加大 ,水力旋流器的溢流压力降减小 ,而压降比也随之降低 ;随着底流口直径的加大 ,底流压力降减小 ,压降比随之升高。分析可知 ,减少旋流器能耗的有效方法是降低旋数 ,或者减少混合介质中的气液比     

基于CFD的旋进旋涡流量计结构改进设计

为了减少150 mm口径旋进旋涡流量计的压损,提出了增加流量计起旋器导程和壳体喉部直径两种方案,在120～2100 m³·h^-1流量范围内,采用数值模拟和实验的方法研究了改进前后旋进旋涡流量计的压损特性与仪表系数,并对旋进旋涡流量计中压电传感器所在截面的内部流动特性进行了分析。通过数值模拟研究发现：两种方案均能降低流量计压损,但流量计的仪表系数均降低,不利于小流量的测量,且仪表系数精确度也有所变化。若仅考虑降低压损,同时增加导程和喉部直径比仅增加导程好。最后在音速喷嘴装置上对两种方案进行了实验,发现实验数据和数值计算结果变化趋势一致,达到了对流量计参数优化提高流量计性能的目的。