水力旋流器内部流场数值模拟及分离性能分析

在分析水力旋流器基本组成与工作原理的基础上,采用计算流体力学(CFD)技术进行了水力旋流器的仿真模拟,分析了分流比、进口体积分数及溢流管壁厚对水力旋流器分离性能产生的影响。结果表明:分离性能随着分流比的升高而升高,但其升高的幅度由具体旋流器结构而定;随着体积分数的增加,旋流器对0.07～0.10mm粒径的分离效率呈简单的单调下降趋势;在相同操作条件下,旋流器溢流管壁厚的增加可以使分离效率提高,能耗降低。     

水力旋流器分离性能的数值模拟

通过计算机模拟实验的方法研究旋流器的结构参数和操作参数对旋流器分离总效率的影响,与实验结果进行比较。数值模拟结果同实验结果在定性上的一致性,表明可以利用Fluent软件来进行旋流器的数值模拟,为旋流器结构参数和操作参数的优化提供更多信息。     

液-液分离用水力旋流器内部流场的三维数值模拟

运用商业计算流体力学软件FLUENT对油水分离用水力旋流器（LLHC）进行了三维数值模拟，并对网格的划分、湍流模型和二相流模型的选择及边界条件的设置等技术细节问题进行了探讨。结果表明，运用RSM湍流模型、基于欧拉法的MIXTURE二相流模型和压力边界条件进行数值模拟所获得的速度场、分离效率与实验结果吻合较好。为进一步运用FLUENT软件研究液一液分离水力旋流器的结构优化和性能预测提供了参考。     

柱型水力旋流器单相流场数值模拟

运用RNGK-ε模型对柱型水力旋流器的全流场进行数值模拟,对模拟的切向速度、轴向速度、径向速度、动压、静压、流体运动轨迹进行分析。实验所测结果证明模拟结果是可靠的。     

轴入导锥式水力旋流器分离性能研究

入口是预分离介质进入旋流器的首要通道,入口结构对水力旋流器的分离性能至关重要。在创建轴入导锥式水力旋流器数值模型的基础上,分析了分流比和入口速度对旋流分离器分离性能的影响,并借助试验对模拟所得结果进行了验证。分析结果表明:随着分流比的增加,分离器的分离效率呈现出先逐渐升高后降低的趋势,当分流比为20%时分离效果最好,现场试验的分离效率可达91.5%;轴入式水力旋流器在一定的范围内,随入口速度的增加分离效率升高,当入口速度达到2.4 m/s时,试验分离效率达到92.0%。所得结论可为轴入导锥式水力旋流器的现场应用提供参考。     

双锥双入口型水力旋流器分离效率实验研究

在室内建立双锥双入口型水力旋流器分离效率评价装置,利用正交试验设计采出液预处理室内实验,探索双锥双入口型水力旋流器分离效率与操作参数的关系,确定最佳操作条件以提高双锥双入口型水力旋流器的分离效率。同时,将Designer Expert软件数值模拟结果与正交试验结果进行对比,结果基本吻合。最后,研究分离介质物性参数随操作参数的变化,并分析其对水力旋流器分离效率的影响。     

油水分离用水力旋流器理论模型及数值模拟

深入研究了液 -液水力旋流器的流动机理和分散油相的流动特点及处理方法 ,并采用计算流体力学的原理和方法 ,建立了研究液 -液水力旋流器的物理模型、修正的三维k -ε模型 (即RNGk -ε模型 )和分散油相的代数滑移混合模型ASM。以SIMPLER算法为基础 ,研究了数值计算方法并做了实例计算。通过数值计算得到了液 -液水力旋流器内流体流动的速度矢量图、流线图和油相及水相等浓度分布图。计算结果与理论分析一致 ,证明了模型和算法的正确性 ,为进一步研究旋流器的结构优化、粒子跟踪和旋流器特性参数对分离效率的影响及旋流器性能预测等打下了良好基础     

分离腔结构对井下旋流器分离性能的影响研究

为得到水力旋流器的最佳分离效果,采用数值模拟方法,通过改变入口进液速度和分流比,对导锥式旋流器和倒锥式旋流器的流场特性及分离性能进行了对比分析,获得了相同操作参数下两种结构的速度场、浓度场(溢流口油相体积分数)及压力场分布特性。分析结果表明:当入口进液速度为0. 3～1. 5 m/s时,导锥式旋流器具有较高的分离性能,此时压降比不高于1. 5,溢流口油相集中,随入口进液速度增大分离效率由97. 5%上升到99. 2%;当进液速度为1. 5～3. 5 m/s时,倒锥式旋流器分离高效且稳定,此时压降比不高于1. 5,溢流口油相集中,随入口进液速度增大分离效率由98. 0%上升到99. 7%;倒锥式旋流器的零轴向速度包络面有扩充作用,且倒锥结构可减缓流场中混合液速度;导锥式旋流器最佳分流比为20%,倒锥式旋流器最佳分流比为30%。研究结果可为同井注采工艺中油水分离器选型提供参考。     

水力旋流器在我厂的应用

阐述了水力旋流器的结构，工作原理，使用效果，并对旋流器在污水处理应用中的监测数据进行了分析与总结，认为旋流器在入口含油浓度大于７０ｐｐｍ，流量接近泵最大允许流量，分流比控制在大于５％时，分离效果较为明显。     

井下油气水力旋流分离器结构优化与数值模拟

用数值模拟方法对井下油气水力旋流分离器内的气液分离两相流场进行了研究,通过数值模拟得到流场分布规律符合已知的旋流器流场分布规律。将数值计算与室内模拟试验的分离效率进行了对比,结果表明用数值模拟的方法进行流场研究是可靠的。将油气水力旋流分离器的主要结构及操作参数对分离性能的影响进行了模拟,结果表明水力旋流器经过优化设计可以进行井下油气分离,且分离效果较好。所采用的数学模型及模拟方法为井下水力旋流油气分离器进一步优化结构、提高分离效率提供了一条有效途径。     

油水分离旋流器流场和分离性能的数值模拟

深入研究了液-液水力旋流器的流动机理,并采用LRR应力模型对油水分离旋流器的油水两相流场进行了数值模拟。通过数值计算得到了水力旋流器内流体流动的流线图、等压线以及速度矢量图,并且研究了不同参数(分流比、进口压力以及溢流管直径)对分离效率的影响。计算结果与理论分析一致,证明了模型和算法的正确性。研究成果为前人试验和理论总结提供了有力的理论支持,同时为进一步研究水力旋流器的分离机理、流场特性以及结构优化设计提供了一条有效的途径。     

油水分离用水力旋流器分离性能曲线与实验

描述了水力旋流器性能的评价指标,运用流体力学的流场模拟和油滴的模拟技术,从理论上计算旋流器的流量-效率曲线、流量-压降曲线及粒径-效率曲线,并与实验数据做比较,得出结论：(1)理论计算结果与实测值的关系曲线变化趋势一致,因此可以采用流场模拟的方法预测旋流器的分离性能;(2)利用流量-压降曲线和流量-效率曲线可确定单根旋流管的处理能力及处理效果,相应得到并联旋流管的根数,或根据分离要求及系统所能提供的能量得到处理能力;(3)采用粒径-效率曲线可预测等概率粒径的大小,从而为是否对来液采取处理措施提供依据;(4)利用流场数值模拟方法预测旋流器的性能,可节省投资并缩短开发周期。     

复合式水力旋流器内部流场的数值模拟

复合式水力旋流器是综合了动态和静态旋流器各自优点的新型水力旋流器.采用修正的RNGK-ε模型,对复合式水力旋流器内部流场进行了数值模拟.计算结果与实验所得数据基本吻合,证明了模型和算法的正确性.其中,轴向速度和切向速度的数值模拟结果和实际测量结果非常接近;在器壁附近的外自由涡区,切向速度的数值计算与实际测量数值基本一致.对径向速度分布规律的模拟将有助于对旋流器的结构及性能的分析,所建立的数学模型和所使用的计算方法为进一步研究复合式水力旋流器的分离机理、流场特性及结构优化设计提供了一条有效的途径.     

分流比对脱水型旋流器性能影响的实验研究

分流比对脱水型油水分离旋流器的性能具有显著影响。采用D20旋流器对水体积分数为5%的油水混合液进行了分流比对旋流器性能影响的实验研究,对比分析了不同入口流量下分流比对旋流器的分离效率、压降比以及压降的影响及其变化规律。结果表明,旋流器的简化效率和综合效率随分流比变化的曲线在增长的过程中存在一个拐点,该点处的分流比F=5.5%,最佳分流比选择5.5%~6.0%比较合适。在本次实验范围内,压降比随分流比的增大线性减小。溢流压降随分流比的增大而减小,溢流阻力系数则基本不变;底流压降在分流比增大的过程中基本保持不变,底流阻力系数减小。     

不同湍流模型在旋流器数值模拟中的应用

水力旋流器内的流场非常复杂,而旋流器结构及操作上的相对简单又在一定程度上使人们忽视了其流场特性及分离机理研究的复杂性。为了在数值模拟时能够恰当地选择湍流模型,总结了国内外学者在利用CFD进行数值模拟时,采用标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型、代数应力模型和雷诺应力模型以及离散相模型对水力旋流器流场的数值预报结果,并且简要分析了各湍流模型的特点,对今后需要深入开展的工作做了阐述。     

含气条件下水力旋流器的压力特性研究

针对固 液分离水力旋流器 ,研究了结构参数及操作参数对压力特性的影响 ,得到了含气条件下水力旋流器的压力特性研究结果 ,并进行了能耗分析。实验结果表明 ,在含气条件下水力旋流器的溢流和底流压差都显著增加 ;在不含气条件下压降比随着流量的增加而降低 ,但在含气时则基本保持不变 ;随着旋数的增加 ,压差增大 ,而压降比减小 ;随着气 液比的加大 ,压差基本呈增加趋势 ,而压降比则无明显变化。最后指出 ,减少水力旋流器能量消耗的方法主要有降低流量、旋数或气 液比 ,其中最可行的方法是降低水力旋流器入口处的气 液比 ,即提高游离水脱除器等前端处理设备的除气效率 ,尽可能降低混合介质中气体的含量     

螺旋式油水分离装置分离行为仿真研究

提出一种螺旋形流道的新型油水分离装置。应用计算流体动力学(CFD)理论,建立了截面为等腰梯形的7圈圆柱螺旋+6圈圆锥螺旋组合而成的仿真模型,并对该装置进行了流道内流场仿真计算。对多种不同截面形状流道的分析比较表明,该装置能用于油井采出液的油水分离,具有结构简单,操作压力低的特点,且梯形截面流道的分离性能优于其它截面形式流道。