水力旋流器的底流口直径对其分离性能的影响

底流口直径对旋流器的性能有着非常显著的影响。本研究采用体积法测量并计算了颗粒浓度和分离效率,在流化催化裂化(FCC)催化剂-水液固体系内考察了底流口直径对水力旋流器分离性能的影响。发现在入口浓度不同时,底流口直径对旋流器性能的影响规律不同。在低浓度体系(C入≤10%)内,随着底流口直径的增加底流液浓度急剧减小,但溢流液浓度基本不变。在高浓度体系(C入≥15%)内,随底流口直径的增加底流液浓度变化不大,但溢流液浓度显著降低。在本实验范围内,随着底流口直径的增加,分流比显著增加,分离效率明显增加,压降略有降低。     

压载水旋流器结构因素对分离性能影响分析

随着全球贸易和船舶运输的发展,压载水对环境的影响越来越大。水力旋流分离设备是压载水净化的重要固液分离设备。本文使用计算流体力学,建立数学模型模拟压载水旋流分离过程,模型包括多相湍流雷诺应力模型RSM、处理气液界面的自由表面多相流动模型VOF、处理固体颗粒运动规律的离散相模型DPM。通过数值模拟计算柱段长度、底流口直径和溢流口直径这几个关键因素对旋流器内部流场和分离效率的影响,获得了各个因素对分离效率的影响规律：柱段长度变化对旋流器分离效率的影响不大;底流口直径对旋流器压力降的影响不明显,但对分流比的作用比较大;溢流管直径的增大有助于降低能耗和增大溢流口流量,但随着溢流管直径的增大,分级粒度变大。这些规律为高效旋流分离净化压载水奠定了基础。     

含气条件对井下油水分离旋流器性能影响的数值模拟

为探究气体对井下油水旋流器性能的影响规律,针对新型螺旋流道倒锥式旋流器,采用Fluent软件对气液比分别为0.01、0.03、0.05、0.08、0.10时旋流器的油相分布进行模拟分析。通过对比分析发现:不含气时旋流器的分离效率为89.31%;在结构参数和分流比不变的条件下,旋流器分离效率随气液比的增加呈降低趋势,气液比为0.10时,分离效率为36.90%;气液比越大,溢流口的油相体积分数越小,底流口的油相体积分数越大;溢流口和底流口的压力损失随气液比的增大而递减。     

脱气除砂一体化旋流器压力特性与分离特性研究

介绍了在油田开展脱气除砂的必要性,描述了所研制的一体化三相分离旋流器的结构及基本工作原理。开展了压力特性实验和分离特性实验,并对结果进行了分析。研究表明,底流压力降随入口液体流量的增加而加大,随底流分流比的增大而加大;注气时压力降稍大;随溢流分流比的增加,除砂率有先提高后下降的趋势;而随着底流分流比的增加,除砂率呈现先稳定而后下降的趋势;脱气率随溢流分流比的增加而升高,随入口气液比的加大而降低。     

典型旋流器压力降的分析与比较

通过对几种典型旋流器压力降的分析,得到了不同结构特征旋流器压力降的数学表达式,确定了影响旋流器压力降的主要因素,并对比分析了几种典型旋流器的操作参数和结构参数(包括进口流量、溢流口直径或底流口直径、锥段长度、旋流器压力降)之间的关系,为优化旋流器设计提供参考依据。     

水力旋流器分离细颗粒的试验研究

介绍了用于细颗粒分离的水力旋流器的基本结构形式及主要结构参数。并针对旋流器雷诺数、分流比、旋数等无因次参数对压力特性的影响进行了细致的试验研究,找出了这些参数与欧拉数和压降比的相互关系。所有试验均在不含气的条件下进行。结果表明,随着雷诺数、分流比和旋数的分别加大,水力旋流器的压力降呈增加趋势,压降比则呈下降趋势。另外,针对当量直径45μm尿素复合颗粒进行了分离特性研究。结果表明,随着雷诺数的加大,分离效率逐步提高,但并非雷诺数越大越好;对于分流比,则只在低雷诺数时有利于分离效果的改善;旋数分别为9、16和29的实验结果表明,旋数16的总体效果为最优。     

水力旋流器新型出口挡板结构对分离性能的影响

针对小直径水力旋流器,设计了不同内置挡板式的溢流管和底流管,实验研究了新型出口挡板结构对水力旋流器分离性能的影响。研究结果表明:内置挡板溢流管适用于处理量较大的工况,与传统溢流管相比,分离效率略有降低,但在高流量下其压降的降低幅度可达11.11%,挡板宜采用相对较窄、较短、三块120°间隔设计方式;底流管内置挡板采用十字交叉结构可稳定内旋流,使分离效率最大可提高5.96%;新型内置挡板的溢流口与底流口相耦合,可同时实现提高分离效率和降低压降的目标。此外,在相同情况下,发现溢流管内置挡板可消除水力旋流器内部的"空气柱",据此推断"空气柱"并非由内部空气形成,而是其内部负压中心形成的某种湍流程度较高的强制旋流涡。     

高海拔地区水力旋流器旋液分离过程CFD模拟与结构优化

针对氯化钾冷结晶器溢流液分离问题，提出使用水力旋流器进行固液分离。采用CFD数值模拟方法对水力旋流器的分离过程进行计算，研究在高海拔地区下水力旋流器筒径、溢流口直径、入口流速、锥角等因素对其流动特性和分离性能的影响。结果表明：筒径Dc=200 mm时分离效果最好；溢流口直径d0的增大会使分离效率与压降减小；增大入口流速会使分离效率先上升再下降，且压降随入口流速增大而增大；锥角α减小，水力旋流器分离效率增加并且压降减小，海拔高度的改变基本不改变水力旋流器的分离效率与压降。经分析可知：当Dc=200 mm、d0=56 mm、α=10°、入口流速为9 m/s时，粒径在20μm以上的颗粒分离效率可以达到80%以上，此时压降为0.26 MPa，整体性能最好。     

水力旋流器用于高含水原油预分离试验研究

水力旋流器是一种新型、高效的油水分离装置。通过试验证明用水力旋流器对高含水原油进行油水分离是行之有效 ,处理后的溢流口中油的综合含水率可降至 50 %左右 ,能满足外输要求 ;从底流口排出水中含油可控制在 2 0 0 0 ppm以内 ,若适当放宽底流口出水的含油要求 ,控制溢流口的分流比 ,可大大降低溢流口中的含水率。     

水力旋流器新型出口挡板结构对分离性能的影响

针对小直径水力旋流器,设计了不同内置挡板式的溢流管和底流管,实验研究了新型出口挡板结构对水力旋流器分离性能的影响。研究结果表明：内置挡板溢流管适用于处理量较大的工况,与传统溢流管相比,分离效率略有降低,但在高流量下其压降的降低幅度可达11.11%,挡板宜采用相对较窄、较短、三块120°间隔设计方式;底流管内置挡板采用十字交叉结构可稳定内旋流,使分离效率最大可提高5.96%;新型内置挡板的溢流口与底流口相耦合,可同时实现提高分离效率和降低压降的目标。此外,在相同情况下,发现溢流管内置挡板可消除水力旋流器内部的“空气柱”,据此推断“空气柱”并非由内部空气形成,而是其内部负压中心形成的某种湍流程度较高的强制旋流涡。     

Study on pressure drop characteristics of gas-liquid swirl annular flow

Considering the influence of swirl attenuation, the pressure drop characteristics of gas-liquid spiral annular flow are studied, and the pressure drop prediction model of spiral annular flow is deduced. The swirl-straight ratio of pressure drop is defined as the ratio of pressure drop of swirl flow to straight flow, used to characterize the effect of swirl decay on pressure drop. The expression of swirl-straight ratio of pressure drop is derived by the method of dimensional analysis, and it has a strongly dependence on Lockhart-Martinelli coefficient and gas phase Froude number. Finally, the prediction model of pressure drop for gas-liquid swirl annular flow is obtained. The pressure drop characteristics of the swirl annular flow are experimentally studied in a horizontal tube with an inner diameter of 50 mm. The range of the gas superficial velocity is 10—16 m/s and the range of the liquid volume fraction (LVF) is 0.6%—4.8%. Through comparison with experimental data, the relative error of the pressure drop prediction model is within ±15%, which provides a method reference for engineering applications.     

气液螺旋环状流压降特性研究

考虑旋流衰减的影响,对气液螺旋环状流的压降特性进行研究并推导出了螺旋环状流压降预测模型。定义压降旋-直比系数为气液两相螺旋环状流和气液两相直流的压降之比,以此来表征旋流衰减对压降的影响。基于量纲分析的方法对压降旋-直比系数进行分析,推导出其表达式,压降旋-直比系数依赖于Lockhart-Martinelli 参数和气相Froude数变化。最终,得出了气液两相螺旋环状流的压降预测模型。在50 mm内径的水平管内对螺旋环状流的压降特性进行了实验研究,其中气相表观流速变化范围为10~16 m/s,体积含液率（LVF）变化范围为0.6%~4.8%。通过与实验数据进行对比,压降预测模型的相对误差在±15%以内,为工程应用提供了参考。     

大流量下倾斜管气液两相流实验研究

在较高的气液范围内,以水和空气为实验介质,在多相流实验平台上进行了倾斜向上的高产量气液两相流模拟实验研究。实验采用内径为40 mm、长8 m的透明有机玻璃管,并利用高速摄像仪记录实验过程中的流型。对实验流型进行分析,发现了倾斜管中低气流速下的一种新的流型-振荡冲击流,并研究了表观气、液流速和倾斜角对气液两相流动中压降的影响,建立气/液膜流动模型来分析表观气、液流速对压降梯度的影响作用,实验研究结果表明:在高气液量范围内,倾斜管中观察到的气液两相流型主要为振荡冲击流、过渡流和环状流,并且倾角对流型转变边界的影响不显著;振荡冲击流压降随气流速的增加而降低,环状流压降随气流速的增加而增加,过渡流压降梯度最小;倾斜管压降梯度随着倾斜角度的增加而增大。     

新型气液逆流撞击洗涤喷嘴的优化

针对一种新型气液逆流撞击式洗涤喷嘴,通过冷模实验,采用溶氧法考察了不同结构喷嘴的气液两相传质性能。结合解析率及流型变化,考察了喷嘴出口直径、切向进液口倾角、旋流室收敛段锥角、切向进液口直径、喷口长度5个参数对传质的影响,确定了优选喷嘴的结构尺寸,分析了该优选喷嘴在不同操作条件下(气速、表观液气比和轴切比)的传质效果。结果表明,优选喷嘴在轴切比为0.4~0.6且气速较高时传质效果较好。     

Gas-liquid flow through coils

Experimental investigations have been carried out to evaluate the two-phase pressure drop and the holdup for flow through helical coils. The coils were made of thick wall transparent PVC tube of diameter 0.01 m and 0.013 m. 24 coils were made at different coil diameter and different helix angles (0° to 12°). Three different liquids were used for the experimental studies and air was the gas. Empirical correlations have been developed to predict the two-phase friction factor and the liquid holdup as functions of the physical and dynamic variables of the system. Statistical analyses of the correlations suggest that they are of acceptable accuracy.     

除油型旋流器压降比特性试验研究

在室内试验装置上对单锥除油型水力旋流器的压降比特性进行了试验研究。研究结果表明 ,除油型旋流器压降比的主要影响因素有分流比、入口流量和溢流背压等操作参数 ;溢流背压对压降比的影响存在一“门槛值”。根据试验结果 ,建立了除油型水力旋流器压降比的半经验计算模型     

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。     

SD型静态混合器压力降的特性分析

借助计算流体力学软件FLUENT5/6,对含有3个流道的螺旋式静态混合器在不同的长宽比和雷诺数下的流动特性进行了数值模拟。模拟结果表明,当螺旋片长宽比为4∶1时该混合器压力降与雷诺数的1.715次方成正比;当雷诺数一定时,压力降与混合元件单元数在双对数坐标下成线性分布规律;压力降随着螺旋叶片长宽比的减小而增大;该混合器的压力降与对应结构的SK型静态混合器基本相同,大约是相同直径和管长的光滑空管压力降的10倍。     

含水量对油脱水型旋流器性能的影响

通过实验研究了用于含水油脱水的液液旋流器的主要操作特性与分离特性,包括含水量对操作性能和分离性能的影响规律。结果表明,油水混合液的含水量达到一定范围时,有转相现象出现,此时压力降最低,同时含水量对分离性能有显著的影响。因此,一方面可以通过调节底流分率以获得最佳的分离性能,另一方面当含水量较大时可应用较大底流一溢流口径比的旋流器。