油-水动态旋流分离器流场模拟与能耗分析

拟采用Fluent数值模拟的方法研究油-水动态旋流分离器流场特性与能耗的关系,通过研究得到了旋流器内湍流场特性的分布规律以及旋流器运行过程中能耗产生部位和原因。计算结果表明,在旋转栅翅片和导流锥后方区域雷诺数、湍流强度和湍动能都出现极值点,油-水动态旋流分离器运行过程中的能量耗损也主要集中在旋转栅翅片和导流锥后方区域。     

导向叶片对导叶式旋流器内流场的影响

借助Fluent软件,采用雷诺应力模型对导叶式水力旋流器进行了数值模拟,得到了内部流场的轴向速度、切相速度和径向速度的分布规律,对比不同结构参数的导向叶片对旋流器内速度场的影响。通过分析,导叶式旋流器的叶片有最适宜的角度,它可减小湍流脉动,增加旋流器分离的稳定性。     

两种不同入口结构型式旋流器内的流场模拟

采用Fluent软件对传统切入式旋流器和新型轴流式旋流器进行模拟研究,着重分析了旋流器内速度场与压力场的分布,得到以下结论:①在速度场方面,切入式旋流器的切向速度与轴向速度的衰减速度均要比轴流式旋流器要快,即流体在切入式旋流器内流动时所受阻力要大于其在轴流式旋流器所受阻力,进而影响到液滴颗粒在旋流器中的分离效果;②在压力场方面,轴流式旋流器的径向压力降要大于切入式旋流器,有利于轻相向旋流器中心流动,促进液液分离,而切入式旋流器的轴向压力降要比轴流式旋流器大,相应能耗也较高.因此轴流式旋流器有着很好的发展前景.     

水力旋流器能耗机制与节能原理研究 Ⅵ.低能耗旋流器压力场结构及能耗降减原理

对低能耗水力旋流器内的湍动压力场的时均结构与脉动结构进行了系统研究。结果表明，低能耗旋流器中的压力场结构与普通旋流器内的相比，无论是压力场的时均结构还是脉动结构都有较大区别，并就此探讨了旋流器内能耗降减的机理，最后提出了水力旋流器单元操作过程中能耗降减的原理与有效方法。     

导叶式旋流器内油滴的聚结破碎及影响因素

利用流场测试实验和模拟计算对导叶式旋流器的内部流场和湍流性能进行研究,得到导致旋流场中油滴发生聚结破碎现象的内因为时均速度梯度引起的黏性剪切力和湍流流动引起的高剪切应力及湍动能,并分析了油滴破碎的主要发生部位。同时为宏观考察导叶式旋流器内油滴聚结与破碎相对作用强弱,验证了旋流器的分离性能作为表征量的可行性,并在此基础上,利用导叶式旋流器的分离性能实验结果对油滴聚结破碎发生的外因进行研究,结果表明导向叶片的结构参数（叶片数和叶片出口角）和旋流器的操作参数（入口流速、溢流率、分散相入口浓度和操作温度）均会影响到油滴在旋流器中的存在和运动形态。     

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。     

液-液旋流分离器内流场的数值模拟研究

用计算流体动力学(CFD)的数值方法,采用RSM模型对油水分离用液一液水力旋流器的流场进行了数值模拟。单相流场的模拟结果表明,旋流器内的流场结构是强旋转和非对称的三维结构,因而对旋流器的研究(无论是数值模拟还是实验测量)必须是基于三维的;旋流器上游区内流体紊流现象严重,两侧有循环流存在,这都对两相分离不利,应改进结构以改变这种流动形式;其模拟结果与他人实验结果吻合较好,说明该湍流模型和算法是可靠的。另外还对油一水两相流场进行了研究,初步揭示了液一液两相分离的现象,这都为进一步研究旋流器特性参数对分离效率的影响和旋流器的结构优化提供了参考。     

不同湍流模型和差分格式对旋流器流场的影响

采用Fluent软件对切入式旋流器进行模拟计算,进一步研究湍流模型和差分格式对内流场分布的影响。研究结果表明,RSM模型完全放弃了涡粘性假设,考虑了流线弯曲、旋涡及旋转等因素的作用,比较适合模拟强旋湍流,可以对水力旋流器的流场做出较为精确的预测;QUICK格式具有近似三阶的计算精度,模拟复杂流动的能力最好,比较适用于旋流器强旋流场的模拟。     

水力旋流器能耗机制与节能原理研究 Ⅶ.流场结构与分离性能

采用正交试验设计,对旋流器流场结构与分离性能的关系进行了系统研究,获得了旋流器流场结构对分离修正总效率、分离粒度和分级效率曲线等分离性能指标的影响规律以及在提高分离性能方面的相应优化结构组合,为进一步确立优化节能原则提供了依据。     

旋风除尘器减阻节能增产技术

通过安装在旋风除尘器内的减阻杆,可以在保证分离效率的前提下降低流动阻力。分别采用5孔球形探针、激光多普勒测速仪和粒子图像测速仪对旋风除尘器内安装减阻杆前后的时均流场与湍流场进行了测量,发现减阻杆降低了流场中与粉尘分离无益的内旋流切向速度,削弱了中心区域的湍流强度,使湍流耗散减弱,从而实现压降降低达到减阻目的。根据流动参数的变化,分析了减阻杆的减阻机理,提出了"加涡减阻"的假设。并介绍减阻杆在工业上的应用实例。     

缩放管内湍流对流换热(Ⅰ)场协同控制机理

通过对缩放管管内湍流对流换热的模拟研究,考察了热边界层厚度、湍流强度及时均速度与时均温度梯度之间夹角的变化规律,得出了影响对流换热强度的场协同作用沿流动方向的分布规律.通过讨论两种不同结构尺寸缩放管的换热情况,发现流体在收缩段可获得较好的场协同作用,增强换热能力,而在扩张段场协同作用的效果减弱.     

圆柱旋流器多相流场的数值分析

采用简化的多相流模型建立了圆柱旋流器内液固多相流动的数学描述,并用雷诺应力模型描述湍流,对圆柱旋流器的多相流流场和随时间变化的分离机理进行三维数值模拟,得到了旋流器内不同截面上的速度分布和不同时间的体积分布状况。数值计算结果为前人的试验和理论总结提供了有力的支持,对旋流器的进一步研究有指导意义。     

水力旋流器湍流场数值模拟

<正> 引言 水力旋流器作为一种简便、易行和高效率的分离、分级和离心沉降设备,已被广泛应用于化工、冶金、石油等众多工业领域中.以往的水力旋流器设计主要是根据大量物理模型试验得出的经验准数方程来求出旋流器的几何结构参数和操作参数.然而,随着水力旋流器应用范围的迅速扩大和人们对其分离(级)性能指标的要求日益提高,传统的按经验或半经验公式进行旋流器设计方法的局限性越来越明显,以及物模试验的耗时费钱,已促使人们开始采用数值模拟的方法,通过对旋流器内部流体运动的深入研究,弄清旋流器的分离机理,以便为提高水力旋流器的分离效率和分级准确度予以理论指导.本文采用了适于水力旋流器液相(水)流场的K-ε湍流数学模型,对水力旋流器内的湍流运动规律进行了数值模拟并根据激光实测结果对部分模型常数进行了修正.     

水力旋流器能耗机制与节能原理研究 Ⅷ.优化节能原则

研究了水力旋流器的节能与强化分离性能的匹配优化。结果表明,旋流器能耗的降减与分离性能的强化具有一致性,于是提出了兼顾节能与强化分离性能的优化节能原则;研究了能耗系数与运行费用准数之间的关系,表明最低运行费用准数并非对应最小能量耗损,并探讨了流场结构对运行费用准数的影响规律;系统地给出了旋流器在以不同工艺指标为目标函数时的优化结构组合基础数据库,为在不同工艺场合下运行的旋流器的优化节能提供出设计指导     

基于雷诺应力模型的脱油旋流器流场特性研究

采用雷诺应力模型(RSM)对油水分离用水力旋流器进行了数值模拟,模拟出了循环流和短路流现象,得到了内部流场的轴向速度、径向速度和切向速度的分布规律;模拟结果与实验结果吻合较好,说明该湍流模型和计算方法的选取是正确的;另外,针对油相体积分数为2%,油滴粒径为40μm的混合介质进行分析,得出了油水二相的体积分数分布。在旋流器的轴心处油相体积分数最大,最大处混合介质中含油体积分数高达98.9%;在壁面附近体积分数很小,说明该水力旋流器的分离效果较好。通过数值模拟为进一步研究水力旋流器内部流场的分布和结构优化设计奠定了基础。     

液-液水力旋流器两相湍动流数值模拟研究进展

对水力旋流器内的单相流场和液．液水力旋流器轻相浓度场两个方面的数值模拟研究进行了论述,通过分析国内外近二十年的重要研究成果,提出了今后液-液水力旋流器内两相湍流场数值研究的重点和发展方向。     

新型α旋流器的流场模拟

根据集成膜法海水软化技术及装置对海水纳滤前分离粒度及效率的要求,开发出了内置导流板和曲线长锥体的新型α旋流器,并对其流场特性进行了数值模拟研究.以CFD模拟软件Fluent 6.2提供的雷诺应力模型(RSM)为基础,分析了速度矢量、切向速度、轴向速度等参数的分布规律,研究了内部导流板和曲线长锥体结构对其分离性能的影响.切向速度、轴向速度的模拟表明:与常规旋流器相比,新型α旋流器以内构件对流体进行导流和整流后,不仅流场稳定,而且能耗小、压降低;由于导流和整流作用,具有螺旋导流板及曲线长锥体结构的新型α旋流器,有效延长了流体在旋流器内的流动时间,从而延长细颗粒的停留时间,有利于细颗粒的分离.     

溢流率对导叶式旋流器内速度场的影响

从数值模拟方面入手,利用CFD软件Fluent研究导叶式旋流器内部三维强旋流场.主要对比分析了不同的溢流率对旋流器内速度场的影响.随着溢流率的增大,轴向速度在旋流器中心区域的变化较大,而最大切向速度分布直径不会随溢流率的变化而变化.通过对这些流场特性分析,进一步对溢流率对分离效率的影响提供了参考方法.     

除油型水力旋流分离器压降研究

采用各向异性k ε模型,用有限差分法,以SIMPLE算法为基础对旋流器内流场进行了数值模拟,通过数值计算得到了液液水力旋流分离器溢流管直径对压力降的影响、压降与流量的关系。通过算例与实验校验,得出各向异性κ ε模型能够模拟旋流器内湍流流场。     

水力旋流器内固相颗粒时均流场及脉动特性的研究

利用一种新型的激光多普勒测速仪———粒子动态分析仪（ＰＤＡ），对水力旋流器中固相颗粒的时均流速、绝对湍流度、相对湍流度等流动参数进行了实测研究，给出了更全面的关于水力旋流器内固相颗粒流速分布的信息，并探讨了湍流脉动对水力旋流器分离过程的影响。