MVR系统中管柱式气液旋流分离器性能研究

机械式蒸汽再压缩技术中,蒸发器产生的蒸汽进入压缩机前需要进行气液分离,考虑到结构紧凑性与分离稳定性,本文提出采用管柱式气液旋流分离器进行此操作,对其进行了结构参数设计和Fluent数值计算。经过研究：发现溢流管和底流管尺寸对分离器性能影响较大,改变二者数值大小,当溢流管直径为50mm、底流管直径为40mm时,溢流管和底流管的气、液相体积分数可分别达到1,且满足文献中对于出口流速的要求;证明了分离器流场内外旋流与内旋流的运动规律,两者旋向相同,运动方向相反;相比较单入口,采用双入口的管柱式气液旋流分离器,内部流场参数分布高度对称,分离过程更加稳定;适当增加旋流器直径,可降低流体通过压降,缩短纯液相区与纯气相区间过渡区域,改善分离器性能。     

柱状气液分离器长径比优选及实验研究

应用计算流体动力学软件FLUENT,针对柱状气液旋流分离器(GLCC)进行了气相体积分数和压力损失的分析,得到了GLCC的气相分布特性和压力降分布特性,揭示了分离器的长度和主直径对其分离性能的影响。此外,通过室内实验明确了不同操作参数对分离效果的影响,通过改变长径比的实验研究表明:长径比过大或过小都不利于分离效率的提高,得出了当长径比为10、直径为480mm时,其分离效率最高。     

气液固三相旋流分离器内锥结构的数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)方法,对气液固三相旋流分离器的初始模型进行数值模拟,分析其内部流场分布,得出倒锥结构具有促进分离效果的作用。通过固定分离器的主直径与高度、入口尺寸、底流口直径、侧向出口尺寸、排液孔数量、排液孔尺寸、排液孔中心高度、溢流管直径、溢流管长度以及旋流腔长度,改变倒锥结构中的内锥直径与内锥高度,对模型进行优化,得到内锥直径为38mm、内锥高度为110mm时,三相旋流分离器的分离效果较好。     

离心式气液分离器内流场的数值模拟与结构优化

基于计算流体动力学(CFD)方法,采用Gambit建模,利用Fluent软件,对常规立罐式离心气液分离器进行了模拟仿真。通过流场分析可以看出,流场对称性很差,底流出口附近气体含量较多,说明气液分离效果不好。通过结构优化,包括将底流出口改为正下方排液,单入口改为双入口结构,减小罐体直径,溢流管伸入分离器内部入口管之下,以及将分离器下端改为锥形结构等,改善分离器内部流场的轴对称性及气相体积分数分布情况,并提高分离器的净化程度。     

井下微型气液旋流分离器优化设计与性能分析

针对采油井筒内产出液含气对油田同井注采开发模式的不利影响,基于旋流分离原理提出一种井下微型气液旋流分离器结构。借助Plackett-Burman设计、最陡爬坡设计与响应曲面设计结合计算流体动力学方法,对井下微型气液旋流分离器结构参数进行显著分析及优化设计,构建了显著性结构参数与分离效率间的二次多项式数学关系。系统分析了入口进液量、分流比及气相体积分数对气液分离性能的影响规律。构建室内微型气液旋流分离性能测试系统,对数值模拟结果的准确性及优化结果的高效性进行了验证性试验。试验结果表明优化后的微型气液旋流分离器结构可使液相效率由优化前的84.10%提高到87.22%。获得了微型气液旋流分离器最佳溢流分流比为6%,最佳入口流量为13.77 L/h,最适用的气相体积分数为5.5%,最佳工况下气液平均分离效率为99.66%。为了指导分离器在不同含气量条件下的最佳运行参数调控,构建了气相体积分数及溢流分流比与分离效率间的数学关系模型,获得了不同气相体积分数条件下的最佳分流比。     

新型多旋臂气液分离器入口旋流头的预分离特性研究

新型多旋臂气液分离器可实现大直径分离器内的气液旋流高效分离,其入口旋流头结构是分离器的重要组件之一。通过大型冷模实验,对入口旋流头结构的液滴群粒径分布进行非引出式在线测量,从压降和分离效率角度考察了旋流头的预分离性能。结果表明,在入口直管段,初始液滴粒径会在高速气流的作用下迅速进行重新分布,粒径分布呈类正态分布,Sauter平均粒径（SMD）为16.8 μm。在16.95 m/s的气速下,液滴群在H/D=2.47~8.48长度内的入口直管段中运动状态稳定,粒径分布未发生明显变化。在高气速的操作条件下,剪切效应和边壁效应共同作用使SMD略有增大。液滴群在流经旋流臂后,粒径分布发生显著变化,出现“双峰”特征,旋流臂对液滴的聚集效果明显。通过粒径分布分析,预测了旋流臂末端的液滴特征。发现旋流头的预分离性能优越,在压降占比仅3.2%~8.4%的情况下,分离效率占比可高达42.8%~62.5%。入口旋流头结构不仅可以为混合相创造强旋流的初始分离环境,还能借助自身结构特点实现对混合相的惯性预分离。     

管柱式气液旋流分离器液膜厚度的空间分布特性

管柱式气液旋流分离器(GLCC)是一种耦合离心力与重力的分离设备,其上部筒体内旋流液膜的分布特征显著影响其分离性能。液膜厚度作为该旋流液膜的关键参数,掌握其分布规律可为理解液膜的流动机制奠定基础。利用纽扣式电导传感器测量了GLCC上部筒体内的液膜厚度,通过改变入口气液相流量、入口喷嘴尺寸,系统地研究了其空间分布特性。结果表明,操作参数一定时,液膜厚度沿轴向向上趋于减小;在某一轴向位置,液膜厚度随入口气量的增大呈现"S"形分布,随入口液量的增大而近线性增大;此外,入口喷嘴尺寸对液膜厚度的分布影响显著:在不同的轴向位置,不同尺寸喷嘴对应的液膜厚度间的大小存在差异。液膜厚度随气液量的变化规律证明液膜逃逸是GLCC液相分离效率降低的直接原因,而喷嘴尺寸对液膜厚度沿轴向分布的影响则反映了GLCC旋流效应与重力效应间的相互作用。     

气液旋流分离器气相体积分数和压力降数值模拟

气液旋流分离器工作时,两相混合物从入口管切向进入圆柱形筒体开始分离。所以当入口管和筒体的结构发生变化时,对整个旋流分离带来的影响是直接的。旋流分离之后的气相,是经过溢流管离开体系的,因此当溢流管的结构改变时,气相的最终分离也会受到影响。从溢流管的半径、插入深度、筒体的半径与高度四个方面出发进行数值模拟,每个影响因子设计了六组平行的仿真模拟实验。     

气液分离器的结构设计与流场分析

设计了一种新结构气液旋流分离装置,并介绍了该装置的结构特点、尺寸参数和工作原理。基于计算流体动力学软件Fluent,采用雷诺应力模型,模拟仿真了新型气液旋流分离器的内部流场分布。同时分析了不同分流比变化对分离器内气相浓度分布、压力和速度的影响规律。气-液分离器分离效率达到80%,说明新型气-液旋流分离器的除气处理效果优越。     

新型柱状气液旋流器内部流场的CFD模拟

利用CFD方法,采用流体力学FLUEN分析软件对柱状气液分离器(CGLC)内部流场进行了研究和分析。通过模拟分析,进行了结构改进,得到新型带稳流器的柱状旋流分离器合理结构模型。通过对气体的体积分数分布的对比分析,可以方便快捷地预测CFD模型的分离性能。     

固液分布器中主分布器的实验研究

在不同结构形式的主分布器条件下，研究了表观液速对换热管中固含率、下管箱内床层高度、静压降及平均固含率的影响。利用体积容积法测量了换热管束中的固含率、刻度尺测量了下管箱中的床层高度、U形管测量了下管箱的静压降，并运用差压法测量了下管箱中平均固含率。采用不均匀度函数衡量了不同结构条件下管束间固含率的不均匀程度。实验结果表明：在换热管下方增加优化后的主分布器可以均匀分布固液两相；主分布器直径变化时对下管箱内流动特性的影响大于主分布器轴向位置改变时的影响。     

用于细颗粒分离的水力旋流器的压力特性研究

对用于细颗粒分离的水力旋流器的压力特性 (压力降及压降比 )与流量、分流比、旋数、溢流口和底流口直径及气液比等主要参数之间的关系进行了深入的研究与分析。研究发现 ,水力旋流器内部压力降分别随流量、分流比、旋数及气液比的提高而加大 ,压降比则分别随流量、分流比、旋数的提高而降低。随着溢流口直径的加大 ,水力旋流器的溢流压力降减小 ,而压降比也随之降低 ;随着底流口直径的加大 ,底流压力降减小 ,压降比随之升高。分析可知 ,减少旋流器能耗的有效方法是降低旋数 ,或者减少混合介质中的气液比     

除油水力旋流器溢流口结构试验研究

通过对旋流器溢流口结构的深入研究。设计出3种新型溢流口结构──涡流屏蔽罩式、涡流屏蔽罩和涡流探测管组合式以及实心涡流屏蔽管式溢流口。利用MARVERN激光粒度仪,在室内模拟试验装置上进行了分离性能测试,并从粒级效率和压力降两方面综合评价了3种溢流口结构的分离性能。测试和分析结果表明,溢流口直径越小,分离效率越高,压降也略有增大;涡流屏蔽罩式、涡流屏蔽罩和涡流探测管组合式溢流口可以降低压降7％以上,而分离效率基本不变;实心涡流屏蔽管式溢流口和带下倾角的入口流道组合可以大大降低旋流器的压降。     

蜗壳式旋风分离器减阻实验研究

根据蜗壳式旋风分离器环形空间流场研究结果,在分离器排气管特定位置上加装减阻片。加装直片减阻片后,最大减阻幅度达59%,但由于减阻片对环形空间内的切向速度影响较大,分离效率下降约5%,综合效率因子降低了2.2%;在排气管外壁周向270o处加装改进型减阻片对切向速度的影响较小,同时可以大幅度提高分离器中心部分的静压,从而可使分离器压降降低22%,效率仅下降0.3%,综合效率因子提高25%。     

排气结构对双蜗壳型旋风管分离性能影响的对比研究

通过对双蜗壳型旋风管性能的测试试验,分别研究了不同排气管插入深度及排气管结构形式对旋风管压降及气固分离和气液分离性能的影响.发现该旋风管特殊的入口结构使其压降较低,且其压降随排气管插入深度的增加略有增大,直管型比直管加导流锥型排气结构压降小20％左右.排气管插入深度对气固分离及气液分离效率的影响规律不同.气固分离中直管...     

流延设备负压真空箱流场仿真研究

采用Fluent软件对流延设备负压真空箱内部流场进行数值模拟研究,得到了真空箱内部的速度场和压力场,分析了压力损失过大的原因。提出了用单层均风孔板替代原双层均风孔板的优化方案,并分析了单层均风孔板位置、孔径和形状对真空箱性能的影响。分析结果表明,单层均风孔板位置、孔径和形状对真空箱进出口总压降影响不大,对真空箱均流效果影响显著。均风孔板距离真空箱背板150 mm,圆孔直径为6.8 mm时,真空箱综合性能最佳,优化后进出口总压降减少了10.1%。     

吸气式浮选旋流器内部流场理论分析

利用Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程对吸气式浮选旋流器内部流场的速度分布及压力分布作了系统的理论分析研究．并对该方程进行了简化，合理地确定边界条件，根据流动特性对其加以修正，使其客观地反映了旋流器内部流场的真实流动状态，从而得出旋流器的分界面位置，旋流器中心存在空气柱，其大小取决于溢流管的直径、入料速度及入料压力．这一结论对旋流器内物料的分级性能具有决定性作用．     

下喷式液气喷射器内流体力学的数值模拟

本文用STAR-CCM+软件研究下喷式液气喷射器内的流体力学.结果表明,混合管直径一定,随面积比的增加,混合管入口的压力先增高后减低,空气抽吸量存在一个最大值,此时对应面积比约为4.在模拟的喉径比范围内,混合管人口处的压力较低,但存在一个最大的压力降,对应喉管长度为0,空气抽吸量随喉径比而变,也存在一个最大值.喷射器结...     

溢流管结构对天然气水合物用旋流器分离性能的影响

建立了主直径100 mm的旋流器模型,采用计算流体力学(CFD)方法研究了溢流管内径、插入深度及壁厚对旋流器分离天然气水合物性能的影响规律。结果表明,入口流速为9 m/s时,随溢流管内径增大,水合物分离效率增大,砂的分离效率降低,旋流器的压力降逐渐减小;随溢流管壁厚增大,水合物和砂的分离效率稍有增大,旋流器的压力降先增大后减小;随溢流管插入深度增大,水合物分离效率先减小后增大,砂的分离效率先增大后减小,旋流器的压力降波动较小。溢流管内径对旋流器分离天然气水合物性能的影响最大,插入深度次之,壁厚的影响最小。     

多效旋风分离器性能的实验研究

多效旋风分离器通过采用2级螺旋管预分离含尘气体、螺旋形顶盖板导流、筒体中心稳流锥稳流和吸气回流系统防止粉尘返混等措施,解决了在旋风流场中分离微米及亚微米级颗粒的难题。文中通过实验研究了直径为0.25 m的多效旋风分离器的压降、分离效率和进口风速的关系,实验物料粒径范围为0.1—23μm,平均粒径为7.59μm。结果表明:在10—14 m/s入口风速时,对0.1—3μm颗粒的分离效率大于90%,对大于5μm颗粒的分离效率接近100%,压降在500—1 000 Pa。风速大于16 m/s时,对0.1—2μm颗粒的分离效率大于75%。