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。     

脱气除油旋流系统流场分布及分离特性

目前我国大部分油田已进入高含水阶段,且采出液中常带有大量伴生气,采用旋流分离法实现采出液高效分离对于简化陆上油田地面处理工艺及提升海上平台经济环保的采出液处理技术具有重要意义。脱气除油旋流系统由GLCC型气液分离器和油滴重构旋流器串联组成,设计的目的是在保证高效脱气的同时进一步改善对小油滴的去除效果,实现油气水三相高效分离。本文基于计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD）方法,利用种群平衡模型（population balance model,PBM）模拟油滴破碎与聚结,对脱气除油旋流系统内部流场特性及粒度分布进行模拟分析,并采用数值模拟与试验相结合的研究方法,对比分析不同含气体积分数和气相出口分流比对脱气除油旋流系统分离性能的影响规律。结果表明：含气体积分数与气相出口分流比对脱气除油旋流系统分离效率的交互作用较显著,在研究范围内综合脱气效率和除油效率可以得到,含气10%、20%、30%的最佳分流比分别为25%、30%、35%,数值模拟结果与试验结果吻合良好,验证了数值模拟方法的可靠性。另外,含气体积分数越大,油滴重构旋流器的油滴分层重构现象越明显,油滴重构旋流器可以在一定程度上改善含气情况下油水分离效果差的现象,脱气除油旋流系统对油气水三相分离的适用性较好。     

四参数模式钻井液在旋流器内的数值模拟分析

分析四参数模式钻井液在水力旋流器内的旋流特性,将其与幂律模式钻井液进行对比计算。建立75 mm直径双入口旋流器模型,结合RSM计算模型,选取二者特征分布相似的位置分析。速度场大小分布相似,四参数模式下最大切向速度为15.44 m/s,幂律模式下为16.24 m/s,自由涡区域速度差异最明显,速度场分布滞后于幂律模式。两者的静压差值在壁面达到最大,四参数模式最大静压为0.678 MPa,最小静压为-0.057 MPa,均小于幂律模式下的（0.661、-0.053 MPa）;四参数模式入口与底流口的平均压降为0.572 MPa,小于幂律模式下的0.678 MPa;四参数模式旋流场压力损失与梯度压力均小于幂律模式。通过计算多种粒径固相颗粒的分离效率,四参数模式比幂律模式平均低10%左右,四参数模式中,固相颗粒的分离更难。     

堵塞工况下水力旋流器流场特性及性能分析

为研究水力旋流器在井下出现堵塞问题而产生的流场及性能变化规律,以井下倒锥式水力旋流器为研究对象,采用数值模拟与实验相结合的研究方法,对旋流器在六种不同堵塞工况下的流场特性及分离性能进行深入分析,并提出一种流场不对称性的定量表征方法,明确其在不同堵塞工况下旋流场变化及平均偏移不对称情况。结果表明,在三条紧邻流道堵塞的工况中,切向速度及轴向速度的平均偏移不对称率均产生最大值分别为67.82%和34.99%;相对于无堵塞工况,六种不同堵塞工况的平均压降均有所上升,分离效率均有所下降,其中工况六在四条紧邻流道堵塞的工况中,平均压降最大,分离效率最小。通过实验开展不同工况下的分离性能分析,实验结果与模拟结果的平均误差为1.22%,呈现出较好的一致性,为本文数值模拟方法的准确性提供了验证。     

搅拌法测定非牛顿流体流变特性的研究

本文提出一种新的测试方法,即利用搅拌法测定非牛顿流体的流变特性。对该测试技术,理论上进行了阐述和推导,且用实验进行补充和验证,最后给出了完整的测试步骤。该法特别适用于某些“难处理”物料的流变性质测试。测定结果精度完全满足为工程研究提供基础流变数据和工业生产监控应用上的需要。     

基于CFD的三相分离旋流器流场分析与结构优化

基于计算流体动力学(CFD)方法,采用FLUENT软件对三相旋流分离器进行了流场分析和结构优化。通过对该旋流器的脱气和除砂功能开展数值模拟分析,研究了不同结构参数对脱气和除砂效果的影响。研究发现,溢流管伸入长度、倒锥结构高度、入口截面面积以及出液孔高度等的变化对脱气除砂效果均有较大影响。     

两种不同入口结构型式旋流器内的流场模拟

采用Fluent软件对传统切入式旋流器和新型轴流式旋流器进行模拟研究,着重分析了旋流器内速度场与压力场的分布,得到以下结论:①在速度场方面,切入式旋流器的切向速度与轴向速度的衰减速度均要比轴流式旋流器要快,即流体在切入式旋流器内流动时所受阻力要大于其在轴流式旋流器所受阻力,进而影响到液滴颗粒在旋流器中的分离效果;②在压力场方面,轴流式旋流器的径向压力降要大于切入式旋流器,有利于轻相向旋流器中心流动,促进液液分离,而切入式旋流器的轴向压力降要比轴流式旋流器大,相应能耗也较高.因此轴流式旋流器有着很好的发展前景.     

螺旋管入口参数对分离效果影响分析

为了提高气液分离效率、确定合理的入口参数,在螺旋管气液分离原理分析的基础上,建立了螺旋管几何模型.采用Euler多相流模型和RNG k-ε湍流模型,通过Fluent软件对螺旋管入口不同气、液流速和气液比条件下的流体分布状态进行了动态仿真.结果表明:流速越大,分离效率越高;气液比越大,分离效率越低.     

数值模拟技术在旋流式油烟机优化设计中的应用

通过分析油烟的特性、试验测定油滴粒径分布结果并结合旋流分离的机理,明确了研制旋流式油烟机的可能性并初步确定了旋流器的结构尺寸,运用数值模拟的手段研究旋流场中速度场的分布,得到了切向速度、径向速度和轴向速度的分布云图,并对其分布特性进行了分析,明确了主要影响因素,所得结论可为旋流式油烟机的优化设计提供指导和帮助.     

流变参数对顺序共注成型芯层熔体最大填充量的影响

基于Hele-Shaw模型，采用有限元数值模拟技术，系统研究了壳层熔体流变指数和零切黏度对顺序共注成型芯层熔体最大填充量的影响规律，并基于流变学理论揭示了其影响机理，最终提出了顺序共注成型芯层熔体最大填充量与壳层熔体流变指数和零切黏度经验关系方程。     

除油型水力旋流分离器压降研究

采用各向异性k ε模型,用有限差分法,以SIMPLE算法为基础对旋流器内流场进行了数值模拟,通过数值计算得到了液液水力旋流分离器溢流管直径对压力降的影响、压降与流量的关系。通过算例与实验校验,得出各向异性κ ε模型能够模拟旋流器内湍流流场。     

液-液旋流分离器内流场的数值模拟研究

用计算流体动力学(CFD)的数值方法,采用RSM模型对油水分离用液一液水力旋流器的流场进行了数值模拟。单相流场的模拟结果表明,旋流器内的流场结构是强旋转和非对称的三维结构,因而对旋流器的研究(无论是数值模拟还是实验测量)必须是基于三维的;旋流器上游区内流体紊流现象严重,两侧有循环流存在,这都对两相分离不利,应改进结构以改变这种流动形式;其模拟结果与他人实验结果吻合较好,说明该湍流模型和算法是可靠的。另外还对油一水两相流场进行了研究,初步揭示了液一液两相分离的现象,这都为进一步研究旋流器特性参数对分离效率的影响和旋流器的结构优化提供了参考。     

不同操作参数下动态水力旋流器内部油水两相流动的数值模拟

根据计算流体动力学(CFD)的方法,应用Fluent软件对动态水力旋流器内部油水两相流场进行数值模拟,考察了不同入口流量及转筒转速下旋流器内速度场与油水两相的分布情况。结果表明:动态水力旋流器内切向速度呈双涡结构(准自由涡与准强制涡);轴向速度明显小于切向速度且不存在零速度包络面,油相集中于旋流器轴心形成油核,随着流量及转速的增加,各相速度及中心油核浓度均增加。     

注气对油水分离水力旋流器流场影响模拟分析

采用雷诺应力湍流模型、混合模型和离散相模型对注气型油水分离水力旋流器进行数值模拟,得到其内部流场的速度分布和油滴粒子运动轨迹,分析对比了注气前后进口流量、分流比和充气量对分离效率的影响,数值计算结果与文献实验值进行了比较。结果表明,充气后流场速度增加,油滴粒子逃逸时间缩短,旋流器分离效率提高5%~10%,在一定条件下气浮对旋流分离起到强化作用。     

倾斜入口流道的水力旋流器数值模拟分析

研究入口流道带倾角的水力旋流器模型,用GAMBIT软件建模并划分网格,运用FLUENT软件对其油水分离情况进行数值模拟,分析了传统直入口流道与带倾角入口流道的区别。发现倾斜入口模型压力降明显降低,有助于降低旋流管能耗。倾斜入口模型模拟中,底流处油的浓度较低,分离效果较好。     

液-液旋流分离器内流动特性的大涡模拟

基于柱坐标系下的瞬态N-S方程,采用标准Smagorinsky-Lilly模型,对旋流分离器内的单相流动特性进行了大涡模拟研究,获得了旋流分离器内的瞬时流场、时均速度与湍动能分布,并将结果与雷诺应力模型(RSM)及实测结果进行了对比。结果表明,大涡模拟方法可以得到旋流分离器内的瞬态流场,且能够反映更多的流场细节;对时均速度的预测与实测数据吻合良好,精度优于RSM模型;对湍动能的模拟与RSM方法差异显著,但其结论更符合以往理论分析与实测的结果。相比采用时均方法的RSM模型,大涡模拟方法对此类旋流湍流具有更好的模拟能力。     

油-水动态旋流分离器流场模拟与能耗分析

拟采用Fluent数值模拟的方法研究油-水动态旋流分离器流场特性与能耗的关系,通过研究得到了旋流器内湍流场特性的分布规律以及旋流器运行过程中能耗产生部位和原因。计算结果表明,在旋转栅翅片和导流锥后方区域雷诺数、湍流强度和湍动能都出现极值点,油-水动态旋流分离器运行过程中的能量耗损也主要集中在旋转栅翅片和导流锥后方区域。     

不同入口流速下导叶式液液旋流器内流场与性能分析

应用激光多普勒测试技术测得导叶式液液旋流器内切向、轴向速度的分布规律,结合性能实验结果分析可知,导叶式液液旋流器高效分离柱段所需的最大切向速度vθmax=6.6 ～9.6m/s,压降△p=ξρvi2/2,且ζ =5.2131×104.     

旋流除沙器流体旋转效果的数值模拟

介绍了一种新型的旋流除沙器,并利用FLUENT软件对旋流除砂器内流体的流动旋转情况进行了数值模拟。根据数值模拟的结果,分析、预测了旋流除沙器内流体的旋转情况,并分析了模拟结果产生的原因,对后续的模拟研究进行了讨论。     

液-液水力旋流器两相湍动流数值模拟研究进展

对水力旋流器内的单相流场和液．液水力旋流器轻相浓度场两个方面的数值模拟研究进行了论述,通过分析国内外近二十年的重要研究成果,提出了今后液-液水力旋流器内两相湍流场数值研究的重点和发展方向。