旋流分离对天然气水合物除砂提纯的影响

针对固态流化开采方法开采海底天然气水合物含砂量大导致开采效率低的问题,提出原位分离工艺,设计了旋流分离装置,基于该装置利用CFD数值模拟方法研究了固相(砂和水合物颗粒)直径、入口浆体流量及浆体中砂浓度对装置分离性能的影响。结果表明,在研究范围内,砂和水合物分离效率大部分高于60%,最高达98.72%,压降大部分低于0.5 MPa,最低至0.03 MPa。砂粒分离效率随固相粒径增大先增大后趋于平稳,随浆体入口流量增大先增大后减小,随砂浓度增大而降低;水合物分离效率随固相粒径增大先增大后趋于平稳,随浆体入口流量增大先增大后减小,随砂浓度增大而降低。溢流口和底流口压降几乎不随固相粒径变化,随砂浓度和浆体入口流量增大而增大。固相粒径、入口流量、砂浓度对分离性能有较大影响,在砂粒径大于20 ?m、水合物粒径大于40 ?m、浆体入口流量约5 m3/h、入口砂浓度不超过25vol%的条件下分离性能良好。     

光伏材料切割废液中的Si和SiC旋流分离过程

太阳能硅片切割废料中的硅和碳化硅分离回收对于资源回收和环境保护具有重要的意义。根据硅和碳化硅微细颗粒易团聚且难用化学方法分离的特点,本文利用重介质微型旋流器分离技术,通过实验研究和数值模拟,探究进料流量和底流分率对重介质微型旋流器分离性能的影响。数值模拟采用CFD软件Fluent 6.3.26研究流场和颗粒运动轨迹,实验用微型旋流器直径为10mm,分离粒度分布为0.3~25μm的硅和碳化硅混合粉料。结果表明,硅的分离效率随着进料流量的增大先增大后趋于稳定,且当进料流量达到0.13m³/h时,分离效率不再增大。不论介质是水还是重介质溶液,当底流分率增大时,旋流场内的轴向速度减小,而切向速度先增大后减小,硅的分离净化效率先增大后减小,当底流分率为0.6左右时,硅的分离净化效率达到最高值。旋流分离硅和碳化硅时,介质采用重介质溶液分离效果更好。     

倒锥注气强化井下油水分离水力旋流器性能研究

为了进一步提高井下油水分离水力旋流器的分离性能,提出一种倒锥注气式井下油水分离水力旋流器结构,开展倒锥注气对油水分离性能影响研究。利用数值模拟和实验研究相结合的方法,对不同注气量、含油浓度、分流比、入口流量等操作参数下的流场分布特性和油水分离效率进行分析。结果表明,随着注气量的增加,分离效率呈现先升高后降低的趋势,当注气量为2.034 m³/d时,分离效率达到最大值98.52%;当水力旋流器的入口含油浓度为0.75%、分流比为40%、入口流量为5.4 m³/h时,可获得水力旋流器的最佳分离效率为99.51%,较注气前提高了1.11%。针对注气后的井下油水分离水力旋流器开展室内分离性能实验研究,数值模拟和实验结果呈现相同的变化趋势,验证了倒锥注气强化分离性能的可行性及数值模拟结果的准确性。     

颗粒负荷对小型旋风器性能影响的模拟分析

为探究颗粒负荷对小型旋风器内气固两相流动的影响,基于雷诺应力模型（RSM）和欧拉-欧拉方法的混合流模型（Mixture）进行气体-颗粒、颗粒-颗粒的相间耦合计算。采用粒径为0.5～5μm的颗粒组在40L/min、60L/min和80L/min的入口流量下模拟0~3kg/m³的5种不同颗粒浓度工况,通过对比旋风器内纯气相流场和颗粒负荷流场的不同,研究了颗粒的存在对流场的影响;探究了入口流量和浓度变化对旋风器内分离效率和压降特性的影响。基于模型有效性验证的数值模拟结果表明：较高颗粒浓度负荷使旋风器内的气相流场发生显著变化。随着入口流量的增大,旋风器的分离效率先增大后减小,压降呈非线性增大。随着颗粒浓度的增大,旋风器的分离效率逐渐增大,压降先减小后增大。     

含聚合物工况下旋流器分离特性的CFD-PBM数值模拟

以螺旋导流内锥式旋流器为研究对象,基于幂律流体模型对含聚合物工况下旋流器内油滴的聚结现象及其对分离性能的影响进行了CFD-PBM数值模拟。结果表明:增加聚合物的浓度,使油滴在锥段内的轴向运动距离延长,边壁附近油滴粒径逐渐增大,增加了油滴从溢流口流出的难度,使分离效率大幅降低;在含聚合物的工况下,增大入口流量使油滴在旋流器轴心区域聚结现象非常明显,分离效率从37.63%提高至80.86%;增加入口含油浓度可以大幅提高旋流器内油滴碰撞聚结的几率,油滴粒径大幅增大,但分离效率会先增后降,入口含油浓度4%时分离效率最高(73.53%)。     

涡轮桨直径对锥盘底搅拌槽固液混合特性影响

利用CFD技术对锥盘底搅拌槽内的固液两相流混合浓度场进行数值模拟研究,考察了45°圆盘涡轮式搅拌桨直径d对固液混合时间数,单位体积混合能,浓度标准差,湍动能和湍动耗散率,和固相离底悬浮临界转速的影响。研究表明:随着搅拌桨直径的增大,搅拌槽内的流体由轴向流转变为径向流的流型转变高度逐渐减小。桨径比d/D大于0.3时,混合时间数显著减小;d/D小于0.4时,单位体积混合能较小;d/D达到1/3时,单位体积混合能最小。浓度标准差随搅拌桨直径的变化波动较小。d/D小于0.4时,湍动耗散率的增长率较低;d/D大于0.3时,固相离底悬浮临界转速显著减小。从提高混合效率和降低能耗的综合角度考虑,桨径比d/D应控制在0.3—0.4之间。     

旋流器的微米级颗粒分级性能分析

微型旋流器中的超重力场和剪切湍流场可以强化微米级颗粒的分级。为了分析旋流器的微米级颗粒分级性能,本文通过试验与数值模拟相结合的方法研究了入口速度和底流分率对旋流分级的影响。数值模拟方面使用雷诺应力模型模拟了微型旋流器内的流场,试验方面使用直径为20mm的微型旋流器来分级粒度分布为2~50μm的颗粒物料。结果表明,随着入口速度的增大,分割粒度x50减小,可达4.8μm,分级精度H提高,可达0.45;随着底流分率R_f的增大,不会显著改变切向和径向速度,颗粒在旋流器内的沉降速度变化不大,但轴向速度会减小,使得颗粒在旋流器内的停留时间增加,分级效率提高;当底流分率R_f0.6时,随着R_f的增大,分割粒度x_(50)减小,可达4.7μm,分级精度H提高,可达0.6;当底流分率R_f0.6时,分割粒度x50增大,分级精度H降低。     

磁力旋流器分离性能的试验研究

为了解决陶瓷、化工生产领域内浆液脱铁的工程问题,开发了一种可以自动排料的磁力旋流器,并通过试验研究和理论分析的方法,对比研究了入口流量、底流分率对磁力旋流器分离效率的影响。结果表明:磁力旋流器可以通过磁系吸附浆液中的铁化合物颗粒。对比试验结果,可以得出结论:磁力旋流器内铁化合物颗粒的径向沉降速度随进口流量的增大而减小。磁力旋流器的分离效率随进口流量的增大而减小,其分离效率与进口流量的关系与理论推论相符。对于单固相铁粉浆液,磁力旋流器的分离效率随底流分率的增大而减小;对于多固相铁粉浆液,磁力旋流器的分离效率随底流分率的增大先增大后减小,当底流分率为0.55时,分离效率最高。     

入口注气条件下水力旋流器的试验研究

在入口采用空气压缩机注气的条件下,进行水力旋流器分离性能的试验。对流量、分流比、气液比等参数进行了试验。试验发现,当入口含油浓度在600m g/L时,水力旋流器在流量4.10m3/h、分流比15%、气液比9%左右时有最佳的处理效果,可由不注气时的87%左右的分离效率提高到95%以上。     

均流腔对微通道内沸腾流动传热的影响

针对平行微通道散热器的沸腾流动不稳定性问题，以R134a制冷剂为工质，研究了内圆弧过渡形均流腔微通道散热器(MC-C)与传统方形均流腔微通道散热器(MC-S)的沸腾流动与传热特性。结果表明，与MC-S微通道相比，MC-C微通道入口均流腔减小了对工质的流动阻力，出口均流腔促进蒸气从散热器中排出，MC-C微通道的各微流道中的流型更加均匀。MC-C微通道沿程壁面温度先增大后减小再增大，MC-S微通道沿程壁面温度先减小后增大，相同工况下MC-C微通道可以实现更低的壁面温度。两种均流腔结构微通道的传热系数随质量流量增大而增大，随热流密度增大而增大；相同工况下MC-C可以实现更高的传热系数。当热流密度为242.6 kW/m2时，MC-C微通道较MC-S微通道的壁温最大降低了2.8℃；质量流量G=572 kg/(m2·s)时，随热流密度升高，MC-C微通道较MC-S微通道的沿程最大温差最多降低了2.2℃；当热流密度为242.6 kW/m2时，MC-C微通道较MC-S微通道平均传热系数最大提高了20.2%。