乳化油水聚结分离数值模拟研究进展

油水混合物普遍存在于各类工业过程和日常生活中,其高效分离是化工分离领域研究的重要方向。本文首先阐述和分析了油水混合物的类型、分类依据、油水分离方法、聚结分离原理及其影响因素,然后归纳和分析了聚结分离的数值模拟方法及其常见模型优缺点和适用情况,最后基于乳化油水体系的稳定性和机理的复杂性,展望了乳化油水聚结分离技术的研究方向和发展趋势。     

T型管内油水分离特性的CFD-PBM数值模拟

目前关于T型管内油水分离特性的数值模拟大多采用Euler-Euler多相流模型,考虑管内油滴粒径分布及其对油水分离特性影响的研究工作尚未见报道。对T型管内的油水两相流动情况和分离特性进行了CFD-PBM数值模拟,并进行了室内实验以验证模拟结果的准确性。结果表明,T型管内油滴粒径随流体流动方向具有逐渐增大的趋势;增大来液中的油滴粒径分布可以有效提高油水分离效率,反之当来液中的油滴粒径较小时,油水两相在T型管内不易分离,相分配比始终与分流比几乎相同;分流比、Reynolds数等操作条件对油水分离效率的影响程度与油滴粒径密切相关,应慎重选取适当的操作条件以保证T型管的油水分离效率。     

重力分离器聚结构件数值模拟及优化研究

使用Fluent数值模拟软件,采用标准k-ε湍流模型和多项混合算法对不同入口分散相粒径和不同构造聚结板的分离器内部流场进行了三维数值模拟,对比通过聚结板前后油水浓度分布以确定分离器有效处理分散相颗粒的粒径范围;同时在尺寸为384mm×20mm×1800mm的分离器上更换4种不同材料与流道形状的聚结板进行了分离特性研究,得出了影响聚结板分离特性的因素和处理分散相粒径的范围,选出适于本分离器的聚结板;通过对比实验数据评价不同聚结板下分离器的聚结分离效率,提出了不同工况下选取聚结构件的依据。     

溢流管直径对旋流器分离效率影响的数值模拟

在溢流管长度L0均分别设定为10mm、15mm、20mm条件下,应用Fluent软件对不同直径的直筒式水力旋流器进行了数值模拟,得到了不同入口速度下的压降和分离效率。结果表明,当溢流管直径为3mm时,旋流器的分离效率最大。旋流器主直径D一定时,使旋流器分离效率最高的直径也是一定的,一般溢流口直径选择经验值为D/(5~8.5)。     

含聚浓度对旋流器性能影响的数值模拟与试验

以螺旋导流式旋流器为研究对象,选用幂律流体模型和离散相模型（DPM）计算了不同含聚浓度条件下的分离性能,对旋流器流场（速度场、压力场）及油滴运移特性进行了细致的分析,并采用高速摄像技术（HSV）开展了相应的分离特性试验。研究发现：聚合物浓度为0时,油滴存在明显的乳化效应,实测效率81.7%;浓度增大后,乳化效应减弱,油滴分散在旋流器内,中心油核消失,效率急剧下降,4000mg/L时旋流器基本无分离效果;浓度增大对压降影响较小,底流压降最高增幅5.6%,最大值不超过200kPa。分析表明,效率下降与切向速度衰减、径向压力梯度减小有关;浓度增大后油滴轴向向下运动的距离增加,呈现向旋流器外壁面运动的趋势,分离时间延长。     

水力旋流器湍流场数值模拟

<正> 引言 水力旋流器作为一种简便、易行和高效率的分离、分级和离心沉降设备,已被广泛应用于化工、冶金、石油等众多工业领域中.以往的水力旋流器设计主要是根据大量物理模型试验得出的经验准数方程来求出旋流器的几何结构参数和操作参数.然而,随着水力旋流器应用范围的迅速扩大和人们对其分离(级)性能指标的要求日益提高,传统的按经验或半经验公式进行旋流器设计方法的局限性越来越明显,以及物模试验的耗时费钱,已促使人们开始采用数值模拟的方法,通过对旋流器内部流体运动的深入研究,弄清旋流器的分离机理,以便为提高水力旋流器的分离效率和分级准确度予以理论指导.本文采用了适于水力旋流器液相(水)流场的K-ε湍流数学模型,对水力旋流器内的湍流运动规律进行了数值模拟并根据激光实测结果对部分模型常数进行了修正.     

聚结器浓度场的数值模拟

为优化聚结器结构,应用计算流体力学（CFD）方法,选用RNG k-ε模型,以SIMPLE算法为基础,对旋流式和蛇形管式聚结器在湍流状态下的流体流动场进行数值模拟,得出该两种结构聚结器的油相浓度分布云图。数值模拟结果表明,蛇形管式聚结器对油滴的兼并和聚结效果优于旋流式聚结器。     

水力旋流器流动特性的数值模拟研究

本文采用双流体模型以及RSM雷诺应力湍流模型,以油水混合液为介质,对水力旋流器的油水分离过程进行模拟。研究结果表明:旋流腔为预分离段,使油水两相粒子达到径向上的规律性分布,起到主要分离作用的是锥段,使油水两相分别从不同的出口排出。通过改变水力旋流器的入口段角度,分析入口角度变化为旋流器分离效率的影响,结果表明:旋流器的入口角度对分离性能的影响不可忽略,当β=0°和β=45°时分离效率较高,当β=60°时分离效率最低。     

除油水力旋流器内油水分离过程数值模拟

采用计算流体力学的有限体积法(FVM),对液-液水力旋流器的轻相分离过程进行了非稳态的数值计算,得到了油相在旋流器内的逐渐分离、聚积和运移的过程。进一步分析发现,该旋流器的小锥段分离作用突出,而大锥段和旋流腔的分离作用较小,但大锥段具有重要的过渡作用。     

用于催化外甩油浆的微旋流分离流场的数值模拟

为了研究用于催化外甩油浆分离的一种微型旋流芯管内部的流场,采用雷诺应力模型(RSM),对旋流芯管内油浆单相流动进行了数值模拟,得到了其内部流场的轴向速度、切向速度、径向速度和压力分布规律。分析了压力场和速度场的分离特征,显示了高效工作区,为进一步数值模拟打下了基础。     

Numerical Performance Simulation of a Wetted Wall Bioaerosol Sampling Cyclone

Computational fluid dynamics techniques are used to study the performance of an axial flow bioaerosol sampling cyclone that continuously collects particles onto a flowing liquid film. A special shell-volume concept was developed to study formation and development of the liquid film on the inner wall of the cyclone. For a previous version of the cyclone, simulations demonstrated the presence of a ring of liquid in the region just upstream of the liquid skimmer that was suspected of causing liquid carryover into the exhaust air stream and degradation in aerosol collection efficiency. This ring was eliminated by re-design of the cyclone. For the upgraded version of the cyclone, CFD was used to successfully predict aerosol collection efficiency and cyclone pressure drop. The simulations reveal a complex flow evolution inside the cyclone. Stream-tubes are used to describe a significant narrowing of the width of the airflow as it enters the cyclone and an inward displacement of the flow as it travels in the axial direction. The particle deposition occurs primarily in a region that is subtended approximately by the length of the rectangular entrance slot and the first half turn of the flow in the cyclone. Cutpoint Stokes number is about 0.05 and the cutpoint particle size is about 1 μm aerodynamic diameter. At a flow rate of 1250 L/min, the pressure drop across the cyclone is 5.6 kPa (22 inches of water).     

凸出式溢流管对旋流器分离效率的数值模拟

应用Fluent软件对不同角度的凸出式溢流管进行了数值模拟,得到了不同入口速度下的压降和分离效率。结果表明,与直筒式溢流管相比,凸出式溢流管并没有提高旋流器的分离效率,凸出式溢流管角度越大,旋流器分离效率越小。     

一种旋流除砂装置的数值模拟研究

介绍了油田采出液成分,阐明了采出液除砂的必要性,结合旋流分离技术与重力沉降技术,设计了一种底流封闭的单出口旋流除砂结构。利用计算流体动力学软件Fluent,计算旋流除砂器的内部流场,得到了相应的压力损失分布云图和砂相分布云图,通过对旋流除砂装置内部的旋流分离和重力沉降的模拟分析,为旋流器和储砂箱的结构优选提供了设计依据。     

旋流型汽水混合加热器的数值模拟

设计了一种蒸汽入口中心线与轴有偏移量的旋流型汽水混合加热器。应用CFD软件FLUENT和VOF多相流模型模拟了汽水混合加热器内的两相流动,模拟结果与实验结果基本吻合。模拟结果表明:旋流型汽水混合加热器使蒸汽在蒸汽室内形成了旋流状态,偏移量越大旋流越好,汽水混合加热器内的温差越小,质量传递系数越大。     

不同湍流模型下旋风分离器数值模拟结果比较

文章分别采用重整化群（RNGk-ε漠型）、线性压应力（LinearPressure．strain）和二次压应力（QuadraticPressure—Strain）的雷诺应力模型（RSM）及不同的方程离敞格式对旋风分离器内流场进行数值模拟,并与实验结果进行比较,通过对计算结果与实验结果的比较分析,发现二次压应力雷诺应力模型（RSM）模型下模拟结果更为精确。     

旋流器和喷嘴对燃烧器性能影响的数值模拟研究

旋流器和喷嘴是多通道燃烧器的重要部件,其性能参数直接决定了燃烧器的使用性能。通过用FLUENT方法数值模拟多通道燃烧器的旋流器和喷嘴,研究了旋流角度和喷嘴数量对燃烧器性能的影响,所得结果用于燃烧器的设计,可以优化燃烧器的性能,提升煤粉的燃烧效率,更加灵活地调整火焰形状,确保熟料的煅烧效果。     

升气管插入深度对旋风分离器流场影响的数值模拟

基于计算流体动力学（Computationalfluiddynamic,CFD）的数值模拟方法,在FLUENT软件平台上,应用大涡（LES）模型模拟了升气管插人深度对旋风分离内部流场的影响。计算结果表明,升气管的插入深度对旋风分离器的流场有很大的影响,随着插入深度的增加,切向速度会减小。本次模拟中还出现了旋涡端部的现象,且随着升气管插入深度的增加,旋涡端部的位置也随着下降,这能够增大分离空间,有利于分离。     

含气条件对井下油水分离旋流器性能影响的数值模拟

为探究气体对井下油水旋流器性能的影响规律,针对新型螺旋流道倒锥式旋流器,采用Fluent软件对气液比分别为0.01、0.03、0.05、0.08、0.10时旋流器的油相分布进行模拟分析。通过对比分析发现:不含气时旋流器的分离效率为89.31%;在结构参数和分流比不变的条件下,旋流器分离效率随气液比的增加呈降低趋势,气液比为0.10时,分离效率为36.90%;气液比越大,溢流口的油相体积分数越小,底流口的油相体积分数越大;溢流口和底流口的压力损失随气液比的增大而递减。     

基于FLUENT除尘器流场模拟

许多环境工程设备需要针对不同的工作条件进行设计。但环境净化和处理设备内部的流场极其复杂。单靠经验很难判断设备工作状况和净化效果。在设计过程中借助CFD软件对除尘器内部流场模拟,可以观测设备内部流场参数分布,通过调节参数使除尘器达到设计要求。本文以旋风除尘器为例,利用FLUENT对旋风除尘器内部流场进行了数值模拟．讨论了不同条件对内部流场的影响．探讨了FLUENT软件在环境工程教学科研中的用途。     

短接触旋流反应器混合腔内离散颗粒分布特性的模拟

应用DPM模型对新型催化裂化短接触旋流反应器内的颗粒分布特性进行数值模拟,主要考察混合腔内气、固两相速度与浓度分布的基本特征。模拟结果表明:1~30μm粒径颗粒受到重力场和旋流场的作用,在混合腔内沿气流方向旋转扩散,充满整个混合区域且逐渐螺旋下行;而50、70、100μm粒径的颗粒由于粒径相对较大,不易被气流夹带,在混合腔内的流动更为复杂,浓度分布的不均匀度增大。研究结果为新型反应器的设计和优化提供了重要理论依据。