采出液黏度对液-液分离旋流器性能的影响

为了考察产出液黏度变化对井下油水分离性能的影响规律,基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)专业软件fluent,采用精细雷诺应力模型(Reynolds stress model,RSM),深入分析采出液不同黏度条件下对Martin-Thew型液-液旋流器内部流场的油相集中度、动压分布、切线速度和湍动能分布等多方面的影响规律。结果表明:采出液黏度变化对旋流器性能影响较大,黏度由1mPa·s增加到15mPa·s,旋流器油相的集中度、动压和切线速度逐渐减小,湍动能逐渐增加,且分离效率由91.2%下降到17.5%,此时旋流器分离能力比较差。     

气液旋流分离中两相流动模型的理论研究

气、液旋流分离过程是气、液两相的三维强旋流运动,以漂移流动模型和颗粒轨迹方程为基础。采用欧拉-拉格朗目方法建立一种新的气液两相流动机理模型,该模型可以用来直接计算气液旋流分离器内部流场中连续相、分散相（液滴）的速度分布情况,通过计算能够预测旋流器内部浓度分布情况,并通过对影响气液分率效率的主要原因一出口气体中的液滴夹带情况进行分析计算,预测旋流器的分离性能。     

液-液旋流分离器分离特性数值模拟

液-液旋流分离器内部流场复杂,现有实验条件难以得到较为清晰的流场分布和液-液两相分离过程,用马丁·休教授发明的F型液-液旋流分离器为研究模型,以取油水作为分离介质,采用计算流体动力学技术对液-液旋流分离器进行数值模拟分析.结果表明:液-液旋流分离器内部流场分布特征明显,并在圆柱段、大锥段、小锥段存在不同程度的循环流;其各截面切向速度和轴向速度分布规律与理论分析相一致,切向速度分布中在圆柱段、大锥段和小锥段上端组合涡特征明显,圆柱段和大锥段的轴向速度呈现双W形式;采用分散相模型追踪油滴运动轨迹,证明油水分离的关键在于油滴是否能够在分离区域进入内旋流.     

旋流器固-液分离的数值模拟

为研究旋流器固-液分离性能,采用欧拉模型与离散相模型相结合的方法,对旋流器内部流场特征和分离效率进行数值计算。结果表明:砂粒粒径大于10 μm时主要分布在外旋流场;入口流量为9 m³/h时,旋流器的分离效率最大;砂粒粒径>30 μm时,旋流器分离效率趋近于100%,粒径为40 μm时分离效率达到最大为97.5%;砂粒浓度由1 g/m³增至8 g/m³时,粒径为10 μm的砂粒分离效率增加了9.7%,砂粒浓度为10 g/m³时,旋流器分离效率下降。通过数值计算得到了旋流器的最优工况。     

新型气液分离闪蒸撬分液侧内流场模拟研究

为研究气液分离闪蒸撬分液侧结构对其分离特性影响,优化其结构参数,建立了分液侧分离特性模拟模型,采用数值方法,分析了结构参数对分液侧分离特性的影响规律。结果表明,捕雾器厚度、连通管数量和布置位置,以及导流板角度和深度是影响分液侧分离效果的主要影响因素,捕雾器直径和折流板深度对其分离特性的影响较小;捕雾器厚度60mm-120mm时,分液侧分离效率高达98%;分离腔体与积液筒之间采用两根以上连通管,并分别布置在分离腔积液区和气相区时,有利于排液,可避免积液筒气塞现象。导流板角度在90°-135°,深度在385mm-647mm范围时,分离腔内部积液区流速较小,流场扰动较小,排液流畅,分离效率较高。上述研究成果,将为新型气液分离闪蒸撬分液侧结构优化及设计提供理论指导。     

海底水合物混合浆体除泥砂水力旋流器

根据海底天然气水合物基本特征和多相流理论,完成了水力旋流器结构参数初步设计,并对原汉考克综合效率计算公式中各参数的含义进行了修正,得到了符合海底水合物混合浆体的改进汉考克综合效率计算公式.然后,建立了水力旋流器的有限元模型,基于雷诺应力模型开发了一种适合液-固-固三相流的流场模拟分析方法,通过数值模拟分析,得到了水力旋流器内部的速度、压力和密度等参数的分布规律.最后,通过结构参数的正交试验优化,得到了水力旋流器的最优结构参数组合,使其分离效率提升到初始方案分离效率的1.36倍.进一步对操作参数进行了正交试验优化,得到了水力旋流器的最优操作参数组合,使水力旋流器的分离效率又提高了5.15%.     

进料方式对水力旋流器径向流场影响的研究

水力旋流器内部流体径向流场对其内部颗粒的径向位移有着重要的影响,直接影响水力旋流器的最小分离粒度。而不同的进料方式影响水力旋流器内部流体径向流场。针对单边进料和双边进料两种形式,采用FLUENT的RSM模型和mixture模型,对水力旋流器内部流体进行流场数值计算,得出了旋流器内部液流径向速度分布规律。对于设计出高效水力旋流器及确定合适的进料方式提供了依据。     

泥水分离用水力旋流器的数值模拟

利用CFD软件对泥水分离用水力旋流器内的三维流场和泥水分离过程进行了数值模拟研究。采用Eulerian模型和RSM湍流模型分别考察了进料口直径、溢流管直径和插入深度等结构参数及处理量、泥浆浓度等操作参数对分离性能的影响。数值模拟结果表明:溢流管直径增大,泥水分离效率明显降低;溢流管插入深度增大,分离效率先增大后减小;底流口直径增大,分离效率明显增大;进料口直径和筒体高度对分离效率的影响相对较小。操作参数模拟结果表明:水力旋流器的操作弹性较小,额定处理量下分离效率最高;泥浆浓度增大,分离效率明显降低;固体泥颗粒黏度增大,分离效率增大。     

水力旋流器流场径向速度分布规律研究

水力旋流器内部流体径向速度对其内部颗粒的径向运移有着重要的影响,它是固体颗粒径向运移受到阻力的重要原因,直接影响水力旋流器的最小分离粒度.针对水力旋流器内部流体径向速度分布规律基本上是沿旋流器半径成反比的观点,通过合理选择湍流模型,对水力流器内部流场进行数值模拟,得出旋流器径向速度的分布规律基本上是速度值沿着半径向里先逐渐增加,然后又逐渐降低,在气液界面处基本为零,并对这两种结论从理论上做了对比分析,认为标准k-ε湍流模型和Boussinesq假设均不适合水力旋流器流场.     

新型卧式气液分离器内流场数值模拟

为防止风冷热泵冷热水机组中制冷剂液体进入压缩机后造成的"湿压缩"现象,本文建立了气液分离器模拟模型,采用数值模拟方法,分析了分离室内流场变化规律、内部构件对分离性能的影响,从而得到分离器的最佳结构尺寸.结果表明,气液分离器仅靠自身重力而没有任何内部构件时分离时间较长,分离效果较差;在分离室内增加整流板后能够有效的抑制漩涡和返混的产生,基本消除了逆流现象;在分离室入口增加了导流板后,流体速度明显减小,气液分离效率显著提升,导流效果明显.上述研究成果为提高风冷热泵冷热水机组的运行稳定性和延长压缩机的使用寿命提供了重要依据.     

旋风分离器两相三维流场仿真

使用商业CFD软件STAR-CD,建立了排气管插入深度不同的三种切向进口式旋风分离器内部流场k-ε双方程湍流模型,对切向进口式旋风分离器内部流场进行了模拟。通过分析排气管插入深度对旋风分离器流场的影响,得出了旋风分离器中的压力和速度分布,以及粒径为20μm和2μm的SiO_2尘粒运动轨迹,为旋风分离器的设计和优化提供了重要的理论依据。     

旋风分离器流场的数值计算方法研究

利用计算流体力学软件FLUENT,分别采用k-ε标准模型、RNGk-ε模型和RSM模型湍流模型及不同离散方式对旋风分离器的流场进行了数值模拟研究.通过模拟结果与前人实测结果的对比,确定出了适合旋风分离器的数值计算方法.结果表明:湍流模型采用各向异性的RSM模型,离散方式采用对流项的QUICK格式和压力梯度项的PRESTO格式,才能获得合理的流场模拟结果.该结论为旋风分离器流场的数值模拟及进一步的结构优化设计提供了参考依据.     

改进型旋风分离器的新应用

根据旋风分离器的工作原理及应用特点,分析了影响旋风分离器的因素及提出改进措施.在此基础上,结合气-液(雾沫、液滴)、液-液(油-水)两个非均相物系分离的特定场合,提出应用旋风分离器强化分离的方案.根据被分离物系的特性,给出了这两种改进型旋风分离器的设备设计参数.最后,将这两种改进型的旋风分离器成功地应用于特定的场合,较好地解决了原来两相分离不清及夹带现象.实践证明,对于密度差异较小的非均相物系的分离,只要认真分析物系特性及对旋风分离器作适当改进,仍能取得令人满意的效果,这大大拓宽了旋风分离器应用的领域.     

直锥型高效旋风器流场的实验研究

用微机电测系统对直锥型旋风器流场进行了全面的测定,得到了三维速度分布图;并与既有的流场测试结果进行对比分析,提出了供理论计算用的流场特征参数。     

入口形状对旋风分离器性能的影响

为了研究入口形状对旋风分离器性能的影响,采用计算流体力学(CFD)软件对旋风分离器的压力场和颗粒的分离情况进行考察。研究结果表明:入口形状会显著影响旋风分离器的压降,在圆形、矩形、三角形和等腰梯形几种不同的入口形式中,长宽比为2的矩形入口压降最大,长宽比为1.5的矩形入口的压降最低;对于矩形入口,随着长宽比的增大,压降是先降低再升高;入口形状对粒径大于2.5μm粒子的分级效率影响不大,当粒径小于2.5μm时,圆形入口的分离效率最差,梯形入口的分离效率最好;梯形入口会改善旋风分离器顶部流场和灰斗附近流场,使颗粒运行平稳,分离效率较高。     

体积流量对旋风分离器影响的模拟分析

为改善旋风分离器操作条件,提高其工作性能,以RNG k-ε模型、SIMPLEC计算法、随机轨道模型等描述旋风分离器,使用Fluent软件对旋风分离器压力损失和分离效率进行数值模拟,分析体积流量对不同粒径下颗粒分离效率的影响。结果表明:体积流量的增大能够提高旋风分离器的分离效率,但要以较大的动力消耗为代价;存在着最经济的体积流量值使得旋风分离器工作性能达到最佳,这对节能而高效地使用旋风分离器具有一定的理论指导意义。     

双进口旋风器内流场的实验研究

针对旋风器内气流轴不对称问题，从结构上改单进口为双进口。本文对比单进口旋风器，给出双进口旋风器内流场测定的试验结果，表明双进口结构的旋风器流场呈准轴对称，它比单进口旋风器更有利于提高分离效率和降低压力损失。     

基于CFD的螺旋式旋风分离器数值模拟

借助计算流体力学软件Fluent,采用RSM模型,对螺旋式旋风分离器内的三维强旋流场进行了数值模拟．通过数值模拟,分析分离器内的速度特性、压力特性和湍流特性．结果表明,该型旋风分离器内流场较为稳定,但在螺旋通道的中心区域流动较为复杂,且局部区域存在回流和二次流．分析还发现,回流增大了中心区域的流动阻力,且该型分离器的能量损失主要发生在中心区域及壁面处．     

Density distribution in a heavy-medium cyclone

Heavy-medium cyclones are widely used to upgrade run-of-mine coal. But the understanding of flow in a cyclone containing a dense medium is still incomplete. By introducing turbulent diffusion into calculations of centrifugal settling a theoretical distribution function giving the density field can be deduced. Qualitative analysis of the density field in every part of a cylindrical cyclone suggests an optimum design that has exhibited good separation effectiveness and anti-wear performance when in commercial operation.