基于正交法的一体化二次分离旋流器结构参数优选

主要研究了一体化二次分离旋流器结构的初步设计,利用正交试验法,检验一级溢流口直径、二级溢流口直径、底流口直径对旋流器分离效果的影响。确定分离效率为正交试验中的指标,针对试验结果分别利用直观分析法和方差分析法进行分析,验证2种方法的一致性,并对因素进行了显著性检验,发现在研究范围内3种因素均对旋流器整体的分离效果无明显影响。     

水力旋流器细粒分离效率优化与数值模拟

水力旋流器内流体质点的切向速度、径向速度和轴向速度的分布规律及其流体动力学机理对于细粒分级粒径和效率具有决定性作用,并且受旋流器的结构参数、操作参数和物性参数等因素的影响。选用耐磨耐腐蚀的聚氨酯材料制造的不同规格固液分离水力旋流器,综合考虑分割粒径、处理流量、沉砂产率3项分离效率指标,通过多指标正交试验优化得到分离钙土的工作参数如下:旋流器直径50 mm,底流口直径10 mm,溢流口直径8 mm,并且在0.30 MPa给料压力下可达到分割粒径1.78μm,处理流量为2.39 m3/h的分离效率。同时针对优化后的旋流器工作参数,利用适用于旋流器湍流场的雷诺应力模型,运用FLUENT软件计算不同直径颗粒的亲水性固体在水动力中的速度场,得到分离介质的滞留时间为1.8×10 2s,反向轴速度最大可达3.08 m/s,最大切向速度半径为0.046 m,使得分离效率达到78.6%;从压力场的数值模拟结果看出,径向压强梯度从762.5 kPa/m增大到6 822.2 kPa/m,实现分割粒径达到1.78μm的效果。根据旋流器中压力场、速度场分布特征以及分离介质轨迹等数值模拟结果,提出延长分离介质的滞留时间、提高进料压力、降...     

正交试验法优化泥沙分离器结构参数

为了进一步提高泥沙分离器的分离性能,对泥沙分离器的结构进行了设计与优化。引入正交试验法重新配置和调整泥沙分离器的结构参数。选取泥沙分离器的锥体角度、溢流口直径、底流口直径、溢流口壁厚、溢流管插入深度这5个结构参数,构建L_(25)(5~6)正交试验表,并运用Fluent软件对得到的25组不同的结构模型进行数值模拟。通过结构参数对旋流分离器分离效率的影响分析以及数值计算数据的极差分析,确定这些结构参数对分离效率的影响程度大小,找到各个因素中平均影响泥沙分离效率最高的水平组合,最终确定泥沙分离器的最优结构参数组合。结果表明:各因素对泥沙分离效率的影响从大到小的排列依次为锥体角度、溢流管插入深度、溢流口直径、底流口直径、溢流管壁厚。优化后的泥沙分离器具有压力梯度较小,压力场分布均匀,从而有效地提高了其分离效率以及内部流场稳定性。     

两种溢流口形状对水力旋流器性能影响

为了研究圆柱形溢流口和圆台形溢流口对水力旋流器分离过程性能的影响,该文通过ANSYS软件分别求解其内部速度流场和压力场,分析流场的稳定性。研究结果表明:圆台形溢流口水力旋流器中心轴处的切向速度为零,往外延伸速度不断增大,但在旋流器内壁处,切向速度骤降为零;圆柱形溢流口水力旋流器的切向速度变化规律与之相似,但圆台形溢流口的切向速度变化规律更加平稳。圆台形溢流口水力旋流器整体压降要比圆柱形溢流口水力旋流器大13 kPa;进一步分析两种水力旋流器的分离效率和湍流强度,发现圆台形溢流口的分离效率和湍流强度比圆柱形溢流口略高,固-液两相流在旋流器内部停留的时间更长,分离效率更好。     

进液量对气举式同向出流旋流器分离特性影响

为了提高旋流器的分离效率,提出一种气举式同向出流水力旋流器结构,通过注气的方式将旋流器轴心的油核举升至溢流口,加速油核向溢流口方向运动,进而提升旋流器的分离性能。基于雷诺应力模型（Reynolds Stress Model,RSM）与多相流模型（Mixture）,模拟计算了入口进液量对气举式同向出流旋流器分离性能的影响,分析了进液量对旋流器内气核形态、速度场分布以及分离性能的影响规律。数值模拟结果表明：进液量分布在（3.6～8.4）m3/h范围内时,随着进液量的增加,注气口处压力逐渐增大,混合液内各相介质的轴向速度与径向速度均有显著提高,旋流器轴心处的油相体积分数明显增大,旋流器的分离效率从64%增至77.9%。     

微型旋流器溢流口结构参数对SCR废催化剂分离性能的影响

TiO2(钛白)以其优越的白度和稳定的物理化学性质被广泛应用于涂料、橡胶、塑料、日化等行业。采用旋流分离法从SCR废催化剂中分离出TiO2,以提高净化效率为目标,通过试验和模拟研究考察了微型旋流器溢流管的结构对分离效率的影响。数值模拟上采用了雷诺应力模型和离散型模型模拟,试验上使用直径为20mm的微型旋流器来分离粒度分布为(1～56)μm的颗粒物料。结果表明,在相同的处理量下,溢流口直径为4.5mm、溢流管伸入深度为10mm时,旋流器对物料的净化效率最高。     

采出液黏度对三相分离旋流器性能的影响

三相分离旋流器是一种用于油田三元采出液气液固三相分离的新型旋流器。基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)软件Fluent,采用雷诺应力模型(Reynolds stress model,RSM),开展不同采出液混合液相黏度变化对气液固三相分离旋流器速度场、压力特性和脱气除砂效果影响的数值模拟对比分析。研究结果表明:在黏度不大于6.42 m Pa·s时,旋流器受黏度增大的影响,切向速度幅值成降低趋势,切向速度均值降低12.4%,整体上,在研究范围内,该结构旋流器速度场受黏度变化影响相对较小;在黏度不大于6.42 m Pa·s时,旋流器脱气效率和除砂效率均高于80%,旋流器脱气效率最高可达95.97%、对应除砂效率95.19%;研究范围内,混合液黏度变化对旋流器压力降影响较大。随着黏度增加,旋流器溢流压力降逐渐减小、底流压力降逐渐增加。根据相似参数准则,制作了旋流器试验样机,并开展了现场采出液室内试验。模拟与试验结果吻合良好,从而验证了模拟计算结果的可靠性。研究可对适合高黏度介质分离三相分离旋流器的设计提供参考。     

具有溢流帽结构的旋流器流场特征及分离性能研究

针对普通旋流器运行过程中存在短路流导致溢流跑粗的问题,提出一种溢流帽式旋流器,并对其进行了数值模拟和试验研究.模拟结果表明,相比于普通旋流器,溢流帽式旋流器内空气柱直径减小,能耗降低,离心力场强度更大,流体切向速度增大,轴向速度降低,颗粒参与分离时间长,分离更充分,有利于改善溢流跑粗,提高分离效率.试验结果显示,溢流帽...     

涡流探测管结构对液-液旋流器分离性能的影响

介绍了三种溢流口结构，试验测定了有涡流探测管和无涡流探测管除油水力旋流器的粒级效率。试验研究发现，有涡流探测管的旋流器对不稳定乳液的分离效率高于无涡流探测管时的分离效率。主要探索溢流口结构对旋流器分离性能的影响。     

带中心固棒的钟形溢流管旋流器数值模拟和试验研究

针对旋流器短路流造成的溢流跑粗问题,提出了一种中心带固棒的钟形溢流管旋流器,通过数值模拟对比分析了加设中心固棒前后旋流器内部流场以及空气柱形成过程的变化规律,并进行了PIV试验验证。结果表明,PIV试验与数值模拟结果吻合良好,验证了数值模拟结果的准确性。加设固棒后,旋流器径向速度梯度和压力梯度都增大,颗粒所受径向力增大,有利于颗粒的径向分离。旋流器外旋流轴向速度增大,内旋流轴向速度减小,同时零速包络面内迁,底流分流比增大。     

锥形溢流管开缝水力旋流器流场特性与分离性能研究

为降低旋流分离器压降,达到节能减排的目的,设计溢流管底部开缝结构的旋流器。通过固液分离试验与数值模拟相结合,对常规溢流管（型号Ⅰ）、溢流管双切开缝（型号Ⅱ）、溢流管单切开缝（型号Ⅲ）的旋流器入口流量由780 m L/s逐渐增至1 000 mL/s时的分离性能进行分析研究。研究结果表明：随入口流量的增加,锥型溢流管开缝对旋流器分离效率的影响逐渐减小,压降降幅逐渐增大,入口流量为980 mL/s时,两种改进后旋流器分离效率达到最高值,相较于型号Ⅰ旋流器,型号Ⅱ和型号Ⅲ旋流器的分离效率均基本保持不变,而压降分别降低高达到22.85%,27.46%,节能效果显著。模拟结果显示改进后旋流器的轴向速度、切向速度、压强均有所下降,溢流管开缝对轴向速度影响较大,中心处轴向速度降低明显,对切向速度影响较小。为深入探究旋流器内部流场的规律和旋流器结构改进提供了依据。     

基于正交的割缝式旋流器结构优选和试验研究

为改善螺旋叶片式旋流器分离含油污水的性能,在传统旋流器原型基础上,设计出一种新型割缝螺旋叶片式旋流器。为探究割缝尺寸对分离效率的影响规律,通过正交试验法对割缝尺寸及结构进行优选。通过FLUENT流体软件对优选结构的分离效率、压力场和油相分布进行数值模拟分析,发现正交试验法优选出的结构明显改善油核排出情况,内部速度场具有较好的周向对称性,并且降低了底流口含油量,同时又提高了旋流器分离性能。最后通过试验验证,得到分离效率最高可达93.7%,符合正交试验法的指标估算和数值模拟结果,从而证明了对旋流器溢流管进行割缝设计方案具有可行性。     

旋流器底流排矿状态数值模拟研究

为了研究水力旋流器内部排矿角度对流场的影响效果,以固液旋流器为研究对象,利用数值模拟软件对底流排矿状态进行分析,给出了模型建立过程,通过研究发现旋流器排矿状态由伞状转化为绳状的过程中,在沉砂口位置粗颗粒聚集,当聚集到一定程度时,使得内部空气柱无法形成,从而使得绳状排矿,且当排矿角为25°～30°时分离效果最佳;同时当旋...     

三相分离旋流器内流场及分离性能的研究

三相分离旋流器可实现三相混合物的同时分离,如冷焦水去粉除油。为探究三相分离旋流器流场特征及分离性能,采用CFD软件Fluent对其进行数值模拟研究并通过操作性能试验间接验证。结果表明,三相分离旋流器中心溢流管的设计在保留了一般旋流器流场结构的同时,向上旋流形成两个溢出流,可实现第三相的输出。切向速度在环形溢流管和中心溢流管内均沿半径方向增加,在靠近内壁处达到最大值,且中心溢流管内切向速度最大值比环形溢流管内小。模拟结果表明:冷焦水中油相和固相分离效率分别可达到80%和90%。     

背压对脱水除油一体式液液分离旋流器流场及分离性能影响的研究

应用FLUENT流体动力分析软件,对脱水除油一体式液液分离旋流器进行了数值模拟,分析了底流背压、溢流背压对旋流器速度分布、流量分率及分离效率的影响。结果表明,底流背压和溢流背压对旋流器流量分率的影响可归结为压降比的影响;底流背压和溢流背压对旋流器分离效率的影响可归结为底流分率的影响;牛顿效率比传统的除油效率和脱水效率更能全面地表征旋流器油水分离的性能。随着底流分率的增大,牛顿效率先升高再降低,存在一个最佳操作点。研究结果及新的表征方法对旋流器的研究和实际应用具有指导意义。     

旋流器内空气柱形成与发展及其对分离的影响

空气柱是固一液型旋流器流场中的一种特有现象,它对旋流器的分离性能有重要影响.采用流体体积函数模型模拟了空气柱的形成与发展过程,探讨了空气柱形成和发展的机理,分析了空气柱对旋流器溢流比、流场湍流结构、能耗的影响,并采用随机轨道模型分析了空气柱与分级效率的之间的关系.结果表明,空气柱导致旋流器溢流比、湍流强度及能耗增大,分级效率降低.为了降低能耗、提高分离效率应尽可能减小或消除空气柱.     

基于Plackett-Burman设计的微型旋流器结构参数灵敏度分析

为了研究微型旋流器结构参数对油水两相分离效率的影响,采用计算流体动力学分析方法,借助Plackett-Burman试验设计,以微型旋流器结构参数为研究对象,开展结构参数的灵敏度分析优选。针对不同试验组的微型旋流器结构,进行数值模拟和实验验证研究,研究对油水两相分离效率的影响规律。结果表明,结构参数的显著性由高到低的顺序为柱段旋流腔直径>溢流直径>底流管长度>小锥角>柱段旋流腔长度>大锥角>溢流口插入深度。随机选取6#和11#微型旋流器开展室内实验,对数值模拟结果的准确性进行验证,随着含油浓度的增加分离效率呈现逐渐降低的趋势,模拟值和实验值的平均误差为2.83%,呈现出了较好的一致性。     

溢流管结构对三相分离器分离效率的影响

针对柱状气-液-固三相旋流分离器(GLSC)内部复杂的流场分布,借助CFD软件,研究了溢流口处气相体积分数和侧向出口处固相体积分数的分布趋势。通过数值模拟方法,得到了GLSC的气相、固相分布特点,分析了结构参数中溢流管直径Do和溢流管伸入长度Lo对GLSC分离性能的影响。在试验过程中,验证了结构参数的改变对于GLSC分离性能的影响。研究表明,入口流量为1.1m3/h时,该GLSC具有较好的分离效果。     

水力旋流器固液两相流测试研究

采用新型的激光测量仪器—粒子动态分析仪(PDA)对水力旋流器内固液两相流中的固粒速度场及其粒度的分布规律进行了测试,首次获得了旋流器内固粒浓度的实测分布规律;并对涉及到水力旋流器分离机理的固相粒子分离过程、“溢流跑粗”、器壁易受磨损的主要原因等问题作了分析,提出了一些新观点。     

分散相在水力旋流器内分离效率的数值模拟研究

依据计算流体动力学(CFD)的计算方法,采用CFD软件包FLUENT对水力旋流器的气-固-液三相流流场进行了数值模拟研究。追踪了水力旋流器中颗粒相的运动轨迹,根据模拟结果研究了操作参数、结构参数与分离效率的关系并利用正交试验法对影响分离效率的各因素进行综合评价。文章最后针对研究的局限性提出了自己的展望。文章为更深入地研究水力旋流器的多相流动提供了基础和参考。