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。     

油-水-气三相旋流器分离验证及气-液腔结构优化

采用Fluent软件数值模拟了新型油-水-气三相旋流器的分离性能,并以分离效率为目标函数对气-液分离腔主要尺寸进行了优化设计。结果表明,该型油-水-气三相旋流器在油滴与气泡直径为50μm时具有最优的分离效率,且其气泡迁移效率较油滴迁移效率高.当气泡直径为50μm时,气-液分离效率达到99%以上;当气泡直径小于40μm时,气-液分离效率随直径的减小显著下降;当气泡直径小于10μm时,气-液分离效率趋近于零.经对比分析建立了溢流口直径与分流比的线性关系式,且得到优选后气-液分离腔最优主要结构尺寸:分离腔长度203mm,分离腔直径60mm,溢流口插入长度20mm.     

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。     

旋风筒中磷石膏颗粒浓度分布的数值模拟

采用FLUNT软件对旋风分离器气固两相流进行数值模拟,应用雷诺应力模型和欧拉-欧拉模型对冷态下磷石膏在旋风筒中的浓度分布进行了研究,模拟结果与实验结果对比,有较好的吻合,说明模拟结果有较好的预报精度。模拟分别考察了风速、固气比和排料口直径对分离效率和截面浓度分布影响。模拟结果表明:增大风速,对于分离效率和径向上浓度分布影响较小;固气比增大分离效率提高,且颗粒浓度增大;排料口直径对分离效率和截面2的浓度分布影响明显。优化操作条件为:旋风筒下料口直径为50 mm,风速17 m/s、固气比2.25 kg/m~3,此时分离效率达94.2%。     

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.     

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%.     

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。     

圆柱段长度对水力旋流分离性能的影响

采用Fluent软件对以Martin Thew液-液旋流器为基础的不同圆柱段长度模型进行了数值模拟,对比分析了分离效率、压力降、速度分布及流场,研究了圆柱段长度对旋流器的分离性能的影响.结果表明:随着圆柱段长度的减少,分离效率呈线性增长,但当圆柱段长度趋近于0时,分离效率反而下降;底流口和溢流口的压力降随着圆柱段长度的减少而增大;随着圆柱段长度的减少,大锥段和小锥段处的切向速度和轴向速度逐渐增大,循环流区域逐渐减小;当无圆柱段时,循环流区域完全消失.     

石膏旋流器分离粒度模型建立研究

针对火力发电厂WFGD系统中的石膏旋流器,基于旋流器的分离面是零速包络面与溢流管内径所形成的圆柱面的交界面的思想,对各关联公式进行了有效的推演,获取了分离粒度模型,并通过经验优化,建立了综合反映旋流器结构参数、物性参数和操作参数的分离性能的定量描述模型.该模型计算结果与试验结果的相对误差和其他传统经验模型的相对误差相比...     

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。     

基于DEM-CFD水力旋流器的水合物浆体分离规律研究

采用离散元素法和计算流体力学耦合仿真的方法,研究不同入口速度下的水力旋流器分离效率.以较佳入口速度的分离效率工况为例,研究不同入口区域的水合物颗粒的力学行为与特征.结果表明：由入口上侧和入口内侧进入的水合物颗粒具有短路流特征.由入口下侧和入口中心进入的水合物颗粒以螺旋轨迹线向下运动.同时在离心浮力与离心惯性力的差值作用下,沿半径向中心运动.进入内旋流场后,水合物颗粒则改变方向,以螺旋轨迹向上运动,直至从溢流管被排出.这是典型的水合物颗粒分离运动轨迹.由入口外侧进入的水合物颗粒中大多数也具有这一特征,只有少部分水合物颗粒紧贴水力旋流器的内壁,沿边界层或在边界层附近,以螺旋轨迹一直向下运动,最终从底流口排出.这一部分水合物颗粒对总体分离效率影响最大.     

利用拉格朗日方法对旋流器分离过程随机特性的实验研究

为了探测旋流器中固体颗粒的随机分离特性,实验采用高速摄像技术并利用拉格朗日方法对粒子运动轨迹进行了测定,所进行的100多种实验工况能充分说明粒子运动和分离特征。统计分析实验中粒子运动轨迹表明其分离过程存在随机特性,且产生短路流的大部分颗粒是由3点注入时产生的,这为进一步进行理论研究和旋流器结构设计提供了可靠的实验依据。     

直接接触式冰浆生成器参数分析及设计要点

为了提高冰浆生成器的传热性能,采用求偏导的方法对影响冰浆生成器性能的各参数进行理论分析.根据圆断面射流理论,得到换热效率与液柱高度的关系式,结果表明：当液柱高度为喷嘴直径的50倍时,换热效率≥0.9.进一步推导体积传热系数的公式,给出冰浆生成器的设计要点：冰浆生成器高度应为喷嘴直径的100倍,冰浆生成器直径应小于喷嘴直径的14倍以避免径向传热.最后对分析结果进行了实验验证,实验与理论分析结果一致：随着气体质量流量和气体比定压热容的增加以及气体进口温度的降低、制冰溶液体积的减少,体积传热系数增加.     

液柱冲击塔湿法烟气脱硫的试验研究

设计了一种新型的液柱冲击塔脱硫装置，通过冷态试验研究各种结构和运行参数的变化对液柱冲击塔脱硫效率的影响。研究结果表明，在试验范围内，液柱冲击塔的脱硫效率随着喷液密度、塔内风速、液气比、循环水池pH值、烟气入口温度的增大而提高，随着SO2入口质量浓度的增大而降低。减小液柱冲击塔阻挡层的通流截面或阻挡层与液柱喷嘴之间的距离可以有效改善脱硫浆液的雾化效果，从而显著提高脱硫效率。选择适当的结构和运行参数，液柱冲击塔的脱硫效率可以达到95%以上。     

新型α旋流器结构的改进与实验研究

针对集成膜法海水软化技术及装置对海水纳滤前的分离粒度及效率的要求,开发出内置螺旋导流板和曲线长锥体的新型α旋流器。对4种尺寸相同但结构不同的α旋流器进行水、砂物系的分离实验研究,并测定了压降、分流比、进口流速对分离效率的影响。结果表明:相同操作条件下,新型α旋流器分级效率较好,对于粒径5μm的颗粒分离效率达到90%;当分流比为0.87时,其分割粒径d50为1.3μm。     

水力旋流技术处理含油污水的室内研究

本文利用自制的水力旋流器研究了入口流量、入口浓度、分流比、密度差和温度对分离效率的影响，并对炼油污水进行了处理。表明适宜的操作条件有利于提高水力旋流器的分离效率。     

环流式旋流器的结构改进与性能研究

采用丙烯腈催化剂粉末-水混合物系,测定了4种具有不同锥角、不同进口管形状的环流式旋流器的操作性能,并进行了比较。结果表明,底锥角度为6°,进口截面为矩形环流式旋流器压降较低,效率较高,切割粒径d50大约为7.5μm。     

CFD simulation of an industrial hydrocyclone with Eulerian–Eulerian approach: A case study

In the present study, a three-dimensional computational fluid dynamics simulation together with experimental field measurements was applied to optimize the performance of an industrial hydrocyclone at Sarcheshmeh copper complex. In the simulation, the Eulerian–Eulerian approach was used for solid and liquid phases, the latter being water. In this approach, nine continuous phases were considered for the solid particles with different sizes and one continuous phase for water. The continuity and momentum equations with inclusion of buoyancy and drag forces were solved by the finite volume method. The k–ɛ RNG turbulence model was used for modeling of turbulency. There was a good agreement between the simulation results and the experimental data. After validation of the model accuracy, the effect of inlet solid percentage, pulp inlet velocity, rod inserting in the middle of the hydrocyclone and apex diameter on hydrocyclone performance was investigated. The results showed that by decreasing the inlet solid percentage and increasing the pulp inlet velocity, the efficiency of hydrocyclone increased. Decreasing the apex diameter caused an increase in the hydrocyclone efficiency.