旋流器轴向速度分布规律--液-液水力旋流器速度场研究之三

用多普勒激光测速仪并加入频移装置,提高了对双锥体结构水力旋流器轴向速度场的测试精度,测试结果和分析研究表明,旋流器的轴向速度场以零轴向速度包格面为界分为内外两个旋流区,外旋流区和流体边旋转边向底流流动,最终从底流口排出;内旋流区的流体则边旋转边向溢流口流动,最终从溢流口排出。     

水力旋流器内部流体流动特性PIV实验

为了研究水力旋流器内部流体流动特性,利用激光粒子测速技术（PIV）对双切向入口双锥水力旋流器内部流体流动的全流场进行了测量,利用Tecplot进行了流场显示,切向速度、轴向速度和径向速度提取及涡量计算,并绘制了零轴向速度包络面（LZVV）。研究了不同流量条件下,水力旋流器旋流腔中流体的切向速度和径向速度分布特点、上锥段中流体轴向速度分布特点、上锥段中流体局部涡量特征、上锥段中流体零轴向速度包络面（LZVV）的分布特性。结果显示,水力旋流器旋流腔中的流体切向速度呈中心对称的凹抛物线形分布,旋转动量主要集中在器壁和气柱处,径向速度呈不对称的双M形分布,且靠近气柱处的径向速度比器壁处的要大。上锥段中流体的轴向速度呈不规则的M型分布,轴向速度与流量不呈十分一致的关系,而是随着流量的增加,轴向速度有波动。上锥段中径向上的局部涡量呈不规则的双M形分布,靠近旋流腔壁处,负涡量的绝对值较大;零轴向速度包络面（LZVV）为一近似不规则的圆锥面,双切向入口中流体流量和介质黏度影响LZVV面的形状和分布位置。     

溢流率对液-液旋流器内部流场影响的试验研究

溢流率作为影响液-液水力旋流器分离性能的一个重要参数,对水力旋流器的分离效果有着很大的影响。应用激光测试技术测量了在不同溢流率下的轴流式液-液水力旋流器内部流场的变化特点。测试结果表明,溢流率主要是通过改变旋流器内部轴向速度场来影响旋流器的分离效率,旋流器锥段底部是其内部流场稳定性的"薄弱区",极易受溢流率的影响,对此段结构应做进一步改进。     

导叶式液-液旋流器内流场分布特性研究

为了探寻导叶式液-液旋流器内部流场的流动规律,针对旋流器内部流场的分布特性,借助激光多普勒测速技术(LDV)对其柱锥段内部流场进行了测试分析,发现导叶式液-液旋流器内切向速度存在"双峰"分布,轴向速度存在轴向零速过渡区(WZVV);流量的增大增加了切向速度和轴向速度值,但对无量纲速度无影响。对测试数据的分析可知,导叶式液-液旋流器内切向速度准自由涡参数n与轴向位置z和径向位置r有关,在主分离区域内n值为0.30~0.56;WZVV内临界面为圆柱形面,外临界面是一个柱锥联合面,WZVV的锥角为3,°略大于水力旋流器锥段部分的半锥角。     

液-液水力旋流器中液滴的径向受力分析

水力旋流器采用离心分离原理,即液流沿切向进入旋流器内产生高速旋转,在离心力作用下轻分散相向中心轴运移,从溢流口排出;重分散相向器壁运移,从底流口排出,从而实现两相分离.尽管其分离原理简单,但旋流器内流场十分复杂,为三维螺旋运动,因此,分散相液滴的受力也极其复杂.水力旋流器的分离机理研究是液-液旋流分离技术开发与应用中的一个难点,其中液滴的受力分析是基础.     

分离腔结构对井下旋流器分离性能的影响研究

为得到水力旋流器的最佳分离效果,采用数值模拟方法,通过改变入口进液速度和分流比,对导锥式旋流器和倒锥式旋流器的流场特性及分离性能进行了对比分析,获得了相同操作参数下两种结构的速度场、浓度场(溢流口油相体积分数)及压力场分布特性。分析结果表明:当入口进液速度为0. 3～1. 5 m/s时,导锥式旋流器具有较高的分离性能,此时压降比不高于1. 5,溢流口油相集中,随入口进液速度增大分离效率由97. 5%上升到99. 2%;当进液速度为1. 5～3. 5 m/s时,倒锥式旋流器分离高效且稳定,此时压降比不高于1. 5,溢流口油相集中,随入口进液速度增大分离效率由98. 0%上升到99. 7%;倒锥式旋流器的零轴向速度包络面有扩充作用,且倒锥结构可减缓流场中混合液速度;导锥式旋流器最佳分流比为20%,倒锥式旋流器最佳分流比为30%。研究结果可为同井注采工艺中油水分离器选型提供参考。     

油水分离水力旋流器内流场试验研究

论述了油水分离水力旋流器的结构及性能。采用先进的二维激光多普勒测速仪（ＬＤＶ）定量测试了两种不同结构模型的内流场。根据油水分离水力旋流器的结构和内流场特点，将流场分为造旋区、分离区和稳定区等三个区。在造旋区内，流体携带的能量主要转化为旋流加速；分离区是油水分离的主要区段，一般为锥形结构，以补偿动量矩的消耗，维持较高的旋流速度；稳定区则是为了稳定造旋区和分离区的流动，在稳定区底流口应避免产生回流。     

结构及操作参数对旋流器轴向速度场的影响--液-液水力旋流器速度场研究之四

在研究旋流器轴向速度分布规律的基础上,分析了短路流与循环流的形成原因,试验研究了改变操作参数,即改变入口流量Qi与分流比F对轴向速度场的影响.认为短路流与循环流是由旋流器结构决定的,很难完全消除,它们干扰了旋流腔和大锥段的流场,在一定程度上也影响了分离精度.试验结果表明,加大入口流量Qi与分流比F, 并将其控制在一定范围内,便可提高分离效率.这项研究对水力旋流器分离机理的认识与实际应用均有重要意义.     

结构及操作参数对旋流器轴向速度场的影响——液-液水力旋流器速度场研究之四

在研究旋流器轴向速度分布规律的基础上,分析了短路流与循环流的形成原因,试验研究了改变操作参数,即改变入口流量Ｑｉ与分流比Ｆ对轴向速度场的影响。认为短路流与循环流是由旋流器结构决定的,很难完全消除,它们干扰了旋流腔和大锥段的流场,在一定程度上也影响了分离精度。试验结果表明,加大入口流量Ｑｉ与分流比Ｆ,并将其控制在一定范围内,便可提高分离效率。这项研究对水力旋流器分离机理的认识与实际应用均有重要意义     

旋流器切向速度测试与分布规律分析——液-液水力旋流器速度场研究之一

采用多普勒激光测速仪（ＬＤＶ）及配备的频移装置,对双锥体结构水力旋流器切向速度进行测试并找出了分布规律。分析研究结果表明,旋流器的切向速度场由外部准自由涡和内部准强制涡两个区域构成,其分界面为最大切向速度ｖｔｍａｘ的轨迹面,结构设计合理时,此轨迹面为一圆柱面。从切向速度场的分布规律可看出,双锥体结构水力旋流器的速度分布合理,流场稳定,可得到较好的分离效果。     

结构及操作参数对旋流器切向速度场的影响——液-液水力旋流器速度场研究之二

利用多普勒激光测速仪,结合流体力学理论,试验分析了双锥体水力旋流器结构和操作参数对切向速度场的影响。试验分析表明,大锥段和小锥段切向速度分布规律基本相同,均由准自由涡和准强制涡构成,分界面半径ｒｍ没有变化;随着小锥角θ的增加,准自由涡区缩小,准强制涡区扩大,速度梯度增加会加大液滴的乳化程度;随入口流量增加,切向速度增大,经拟合得出大锥段和小锥段的最大切向速度均为入口流量的４９４倍;分流比加大,分界面半径基本不变,最大切向速度增加。指出合理选择小锥角θ,控制操作参数如入口流量Ｑｉ和分流比Ｆ,可得到较好的分离效果。     

轴流式气-液旋流分离器分离特性

针对内部设有中心体的轴流式气-液旋流分离器,根据液滴在分离器内部旋流场的受力情况,建立分离器分离效率模型。实验发现,当液滴直径大于10 μm时,通过理论模型求得的液滴粒级分离效率与实验值吻合较好;在一定气速范围内,减小导流叶片出口角、增加中心体直径以及减小排气管直径均能够提高分离效率,即对于一定结构的分离器,存在相应的临界气速能够使分离器的分离效率达到最大值,随气速继续增大,分离效率呈下降趋势。根据实验结果提出分离器在不同工况下的设计准则,当气速高于临界气速时,为保证分离器分离效率,维持较低压降,设计导叶出口角为45°,中心体直径与筒体直径比为0.5,排气管直径与筒体直径比为0.85,分离器长度与筒体直径比为3。当入口气速低于临界气速时,可根据理论模型对分离器结构参数进行调整。     

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文章运用CAD软件Pro/E,对Φ152.4 mm球形单牙轮钻头的几种喷嘴组合所形成的井底流场建立了3 D模型，并应用软件ANSYS对流场模型进行分析。研究了喷嘴的结构参数对井底流速、井底压降的影响。提出了井底流场效果的评判：①较高的井底压降；②较小的涡旋；③较大上返速度。从多种喷嘴组合中找出能够形成最好净化井底流场的喷嘴组合。指出在其它条件不变的情况下，上、下喷嘴直径比为0.5时，井底流速和井底压力降最大；而当上、下喷嘴直径比不变，L=75 mm时，井底流速和井底压力降最大。建议在单牙轮钻头水力系统设计时上、下喷嘴直径保持上小下大，直径比0.50左右，L取75 mm左右时可以获得较大的井底流速、井底压力降以及较小的井底涡旋；喷嘴出口处的设计时尽量做到圆滑过渡。     

钻井泵阀隙钻井液流速分布初探

依据工程流体力学的理论，提出了钻井泵阀隙流场的概念；分析了泵阀流场变截面、窄缝隙及钻井液流速随时间和空间位置变化的特点；建立了间隙钻井液流速分布的简化数学模型。通过计算，得到了问隙钻井液流速沿泵阀密封锥面母线方向和在任一截面上随曲柄转角的变化规律。对泵阀间隙钻井液流速分布规律的分析认为，当间盘处于＂跳升＂段和问隙较小时，钻井液对问座和间盘产生剧烈的冲刷作用。     

撞击射流井底漫流特性数值研究

应用大涡模拟方法对不同条件下单喷嘴垂直撞击射流的流场特性进行了数值模拟,对数值模拟结果的分析研究表明,在射流撞击距离小于射流等速核长度的条件下,射流撞击距离和喷嘴出口面积的变化对井底漫流层的厚度没有明显影响.提出了采用井底有效漫流层厚度和有效平均漫流速度研究水力作用对井底和钻头的清洗及冷却效果的新概念.研究表明,就PDC钻头而言,减小钻头面至井底的距离,对提高整个井底的有效平均漫流速度,效果并不明显.     

单点注气液-液旋流器分离效率的实验研究

针对油田后期开发中遇到的污水处理难度大等实际问题,实验研究了气携式液液水力旋流器,由于气泡与油滴结合后形成油气复合体,从而有利于部分油滴向旋流器中心处运移,但气体对旋流器内的流场同时也会产生一定的影响。通过旋流器入口注气和锥段不同位置的单点注气实验,发现气携式液液水力旋流器的分离效率有较为明显的提高,同时,与常规的液液水力旋流器相比,对流场的稳定性要求更高,分流比和溢流口直径均较大,对操作参数的控制应更加严格。     

催化裂化提升管出口旋流快分系统内隔流筒结构的优化改进

 研究表明, 旋流快分系统(VQS)内旋流头上骑插筒形隔流筒(A型)后, 可消除其喷出口处短路流夹带颗粒的现象, 大大提高系统的分离效率. 但A型隔流筒底部还存在另一种短路流现象, 结构尚需进一步优化, 为此, 开发了折边隔流筒(B型)和锥型隔流筒(C型). 采用Fluent软件对VQS系统内气-固两相流进行了数值模拟, 重点考察了A、B、C型隔流筒的流场分布和分离效率. 模拟结果表明, C型隔流筒子的分离段外侧切向速度较大, 离心力较强; 内侧上行轴向速度较小, 气体向上夹带细粉的速度较低; 底部截面处向心径向速度较小, 基本为零, 有利于消除短路流. 因此, 工业应用中推荐采用C型隔流筒, 以进一步提高系统的分离效率.     

海底管道立管系统弯管段流场分析——以胜利油田CB 306井组平台为例

以胜利油田CB 306井组平台为例,运用大涡模拟(LES)方法对海底管道立管系统弯管段周围流场进行了模拟分析,结果表明海流流速在立管两侧增大,在立管后方形成交替脱落的漩涡;立管后方形成的三维立涡成倒锥形,上部漩涡比下部漩涡先脱离立管;三维立涡底部海水对海底的剪切作用及对海底沉积物的提升作用最强,这也是海底冲淘作用不断加剧的根本原因.     

90°方弯管内气相流场的数值模拟与分析

采用Fluent软件提供的大涡模拟(LES)方法对90°方弯管内气相流场进行了数值模拟,重点考察不同空间倾角对弯管内二次流形态的影响规律。模拟结果表明,90°方弯管下倾后,其内部的气相流场与水平弯管存在较大差异,二次流现象延缓发生,回流区减少,有利于改善弯管内的流动状态;随着空间倾角的增大,弯管出口截面的切向速度不断增加,有利于流场内气固两相的分离,但系统压降也随之增大,导致系统能量损耗,因此工程应用中应优化确定合适的空间倾角。