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.     

水力旋流器内油水两相流的数值模拟

油水分离旋流器是一种利用油水两相液体之间的密度差,通过离心力的作用将分散相从连续相中分离出来的设备。影响旋流器分离效率的结构参数和操作参数很多,如果完全通过实验来优化这些参数,其工作量是非常大的。利用计算流体动力学CFD程序对旋流器油水两相流场进行数值模拟分析,得到了旋流器内部流场的速度分布特性,为其结构筛选和尺寸优化提供了依据,同时可减少实验工作量。     

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。     

操作参数和流体物性参数对水力旋流器的迁移率的影响

在迁移率计算模型的基础上,本文对水力旋流器的迁移率与分流比、流量及物性参数之间的关系进行了分析与计算。结果表明,在分流比不变的条件下,流量和物性参数对迁移率的影响只表现在改变分割尺寸d50上,流量、物性参数及分割尺寸的变化遵循旋流器数Hy=const.的规律。当分流比改变时,分割尺寸略微变化,但迁移率MP'与无因次液滴直径△＝d/d50之间的关系不变。这两点与Thew的回归结果略有区别。在分流比、流量及物性参数同时变化时,本文根据计算结果给出了迁移率及旋流器数与分流比之间的关联式,据此可预估不同操作参数与物性参数下的迁移率。     

液液水力旋流器流场特性与分离特性研究（七）——操作参数对分离特性 …

对液液水力旋流器主要操作参数,如流量,分流经,入口压力以及增压方式等分离特性的影响因素进行了分析,可为水力旋流器的现场应用提供有益的指导和参考。     

油水分离用水力旋流器特性的试验研究

油，水分离用水力旋流器是一种高效，节能的新型分离装置，其结构及尺寸与固，液分离用水力旋流器有较大的差别。通过研究，计算确定了水力旋流器的几何结构及各部分尺寸，并制造了一台样机，在自行设计的试验台上进行了试验研究，分离效率达９５％。同时试验了不同参数（（压力Ｐ，流量Ｑｉ，浓度Ｃｉ，分流比Ｆ，尾管长度ｌ３等）对仞了性能的影响，找出了一些规律，为进一步深入的研究及试验打下了基础。     

水力旋流器内流体流动的湍流数值模拟研究进展

对水力旋流器内流体流动的湍流数值模拟研究进行了综合介绍,并就各种水力旋流器的湍流模型进行了分析和评述,提出了水力旋流器的湍流数值模拟研究的新方向。     

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。     

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。     

基于正交试验方法的两级串联水力旋流器操作参数优化

为了分析操作参数对两级串联水力旋流器分离性能的影响规律,以螺旋倒锥式轴向进液两级串联旋流分离器为研究对象,利用正交试验法对两级串联旋流器的含水率、处理量及分流比等主要操作参数进行优化设计,以油水分离效率为正交试验考核指标,采用正交试验分析法确定的最优操作参数为:含水率94.0％、处理量5.0 m3/h、分流比35.0％...     

固液分离用水力旋流器的设计

本文系统地分析了影响固液分离用水力旋流器性能的诸因素，总结了有关诸因素的研究成果，从而对该类旋流器的参数设计提供了有效指导。     

基于响应面法的水力旋流器结构参数优化

为了进一步增强水力旋流器的分离性能,采用响应面优化方法(Response Surface Methodology,RSM)对同向出流水力旋流器的结构参数进行优化,寻优范围为大锥段长度在51.3～62.7mm、小锥段长度在120.6～147.4mm、出水管长度在90～110mm内,构建了区域内结构参数对旋流器底流口含油浓度影响的数学关系模型,并获取了最佳结构参数。开展数值模拟和室内实验,对优化后旋流器的分离性能进行验证,结果显示,优化后的旋流器结构较原始结构可将分离效率提高4.45%,实验值与模拟值呈现出了较好的一致性,充分验证了优化结果的准确性。     

基于响应面法的处理污水用水力旋流器结构参数优化

为了获得水力旋流器结构参数最佳匹配方案进而提高旋流器的分离性能,以处理生活污水用轴入式水力旋流器为研究对象,基于响应面优化方法,以高灵敏度结构参数变量作为输入指标,以模拟获得的分离效率结果作为响应面优化指标,完成旋流分离器结构参数与城市生活污水中悬浮物去除效率间的数学关系模型构建,掌握不同结构参数与分离器分离效率间的响应关系。基于构建的数学关系模型对旋流器结构参数进行优化,得到水力旋流器高灵敏度结构最佳参数为:主直径D=57.141mm、大锥段长度L₂=85.716mm、小锥段长度L₃=576.814mm,并基于数值模拟方法对优化结构进行验证。结果显示,水力旋流分离器结构经优化后与初始结构相比较,分离效率由90.832%提高到91.836%,验证了响应面优化结果的准确性。     

基于四参数流变模式的旋流分离流场特性分析

利用四参数流变模式描述钻井液的非牛顿流动特性,结合雷诺应力模型(RSM),研究钻井液非牛顿性对旋流分离流场的影响. 得到3种流体介质的速度场和压力场分布规律. 结果表明,流场模拟结果与实验结果吻合,模拟结果可靠. 虽然3种流体流场分布趋势相同,但同一位置非牛顿流体的静压力(4.02和3.77 MPa)和轴向速度(11.9和12.4 m/s)大于牛顿流体(3.22 MPa和11.7 m/s),切向速度(42.5和39.7 m/s)小于牛顿流体(47.5 m/s);四参数流体的静压力(3.77 MPa)和压力降(4.51 MPa)小于幂律流体(4.02和4.79 MPa),能量损失降低0.28 MPa,四参数流体的切向速度比幂律流体小2.8 m/s,且其零轴速包络面更靠近器壁,不利于流体介质分离.     

液液水力旋流器流场特性与分离特性研究(七)——操作参数对分离特性的影响

对液液水力旋流器主要操作参数 ,如流量、分流比、入口压力以及增压方式等分离特性的影响因素进行了分析 ,可为水力旋流器的现场应用提供有益的指导和参考     

液液水力旋流器流场特性与分离特性研究(六)——结构参数对分离特性的影响

对液液水力旋流器主要结构参数 ,如旋流腔长度、锥段长度等分离特性影响因素进行了分析 ,并针对普通油水混合液和含聚合物的油水混合液分别进行了研究。     

高效节能水力旋流器的研究进展

通过对国内外高效节能水力旋流器的研究，概括了水力旋流器能耗的理论研究以及影响旋流器分离性能和能耗的主要因素。介绍了针对不同问题提出的相应解决措施，对其迄今的研究成果进行了评述，并对其发展进行了展望。