同向出流倒锥式旋流器的结构模拟分析

基于现有油水分离的研究成果,提出了一种新型旋流器——同向出流倒锥式旋流器,介绍了其结构及工作原理。基于计算流体力学(CFD)方法,运用Fluent软件对其内部流场进行了数值模拟分析,通过观察流场特性,分析了新型旋流器的典型结构参数(溢流管直径、溢流管伸入长度、锥角和出水口尺寸)对其分离性能的影响。     

过滤-旋流耦合技术在非均相分离中的研究及应用

过滤-旋流耦合分离装置作为一种新型分离设备,将旋流分离与过滤相结合,既充分地发挥传统水力旋流器的快速、高效、旋转涡流运动等优点,又通过深度过滤而提高传统水力旋流器的分离精度。从其各种形式的结构特点和工作原理的不同出发,阐述一些具有代表性和实用性的内置式、外置式、壁面过滤式分离器的研究成果。分别针对入口、旋流腔、溢流管、锥段、底流管、过滤材料等部分的结构参数,以及从针对入口流量、压力降和压降比、固体颗粒特性、流体特性、分流比/底流率、增压方式等操作工况和介质条件的研究现状出发,重点讨论分析过滤-旋流耦合分离装置的结构参数和操作工况在非均相介质分离中的影响情况,并展望将过滤-旋流耦合分离与其他分离工艺相结合,研发新型分离技术与设备将成为过滤-旋流耦合分离技术的潜在研究方向。     

基于离散相运移轨迹的新型旋流入口结构设计

以常规双锥液-液分离水力旋流器的切向双入口结构为研究对象,利用计算流体动力学(CFD)方法,基于离散相模型(DPM),对离散相油滴在旋流入口处的不同入射位置点的运移轨迹进行分析。研究入射位置与油滴运移轨迹之间的规律,并依此对旋流入口进行分区。得出了常规双锥结构旋流器的双切向入口截面不同区域对油滴运移轨迹的影响规律。完成了决定离散相油滴被溢流捕获还是由底流逃逸的入口区域划分。并设计出一种可提高目标结构旋流器分离效率的新型入口结构。通过开展室内试验,对本文所设计新型入口结构进行了性能验证。     

进液量对气举式同向出流旋流器分离特性影响

为了提高旋流器的分离效率,提出一种气举式同向出流水力旋流器结构,通过注气的方式将旋流器轴心的油核举升至溢流口,加速油核向溢流口方向运动,进而提升旋流器的分离性能。基于雷诺应力模型（Reynolds Stress Model,RSM）与多相流模型（Mixture）,模拟计算了入口进液量对气举式同向出流旋流器分离性能的影响,分析了进液量对旋流器内气核形态、速度场分布以及分离性能的影响规律。数值模拟结果表明：进液量分布在（3.6～8.4）m3/h范围内时,随着进液量的增加,注气口处压力逐渐增大,混合液内各相介质的轴向速度与径向速度均有显著提高,旋流器轴心处的油相体积分数明显增大,旋流器的分离效率从64%增至77.9%。     

内嵌小锥结构固液分离旋流器磨蚀的数值模拟

为提高旋流器耐磨性能,延长旋流器使用寿命,提出了一种新型旋流分离器。基于CFD,应用ANSYS软件中RSM模型和DPM模型,对其壁面磨损及内嵌小锥磨损进行模拟研究,并和普通旋流器做了对比分析。模拟结果表明:对于内嵌小锥结构固液分离旋流器,由于内嵌小锥的设计,不仅磨损程度大幅度降低,磨损范围也明显减小,体现出内嵌小锥结构固液分离旋流器具有重要的工程实用价值。     

旋流过滤器的结构与性能研究

基于旋流设备的多元化发展趋势,开发了一种新型旋流过滤的组合式分离器.该结构以轴流导叶式水力旋流器为原型,其部分筒段和锥段都由过滤介质制成.本研究针对这种新型的旋流过滤器进行不同结构参数和操作参数下的实验研究,并与同尺寸的旋流器进行了比较.实验发现,在分离效率变化不大的情况下,旋流过滤器的处理量更大,其组合形式是以小锥角搭配短筒段为最佳,并总结出过滤介质孔径对分离性能的影响规律.     

除油水力旋流器尺寸试验研究

介绍了在室内模拟实验装置上进行的旋流器小锥管锥角、溢流口直径、底流口直径、底流直管段长度和入口当量直径尺寸筛选的实验情况。直流器的溢流口直径和底流口直径对旋流器的分离效果产生较大影响。这对旋流器的设计具有指导意义。     

入口结构对粒径重构旋流器分离性能影响分析

为提高水力旋流器对细小油滴的分离效率,对旋流器入口结构进行分析,发现弯管形式入口对不同粒径油滴具有重构和聚结的功能,即不同粒径油滴经弯管入口后分布在入口截面的不同位置,结合弯管入口结构设计了一种可实现油滴粒径重构的油水分离旋流器.采用群体平衡模型(Population balance model,PBM)模拟油滴破碎与聚结,对粒径重构旋流器内部流场特性进行数值模拟.对比分析了旋流器在不同角度弯管下的油滴粒度、湍动能、速度、油相体积分数及分离效率变化情况,并开展了室内试验.结果表明:粒径重构旋流器能够提高对细小油滴的分离效率,且180°弯管下分离性能最佳,旋流器总体效率达到97.31％,相对于优化前的旋流器提高了2.85％,内外层入口处油滴粒径分别达到0.36 mm和0.33 mm,呈现出较好的聚结效果.数值模拟结果与试验结果吻合良好,验证了数值模拟的准确性及优化结构的高效性.     

水力旋流器结构形式及参数关系研究

目前，水力旋流器在油田采出液预分离和含油污水处理中逐步推广应用。水力旋流器具有结构简单紧凑、效率高、体积及占地面积小等优点。对水力旋流器结构及参数关系进行了分析。通过改进与优选水力旋流器结构，得到旋流器单体的双入口结构理想型式为反涡线、大小锥段为圆弧过渡形式。同时简要分析了高次曲线与正余切曲线结构的锥段过渡形式，确定出合理的水力旋流器单体旋流腔长度为65mm。经过理论研究和对比试验发现，具有结构参数关系模型的水力旋流器较常规结构的水力旋流器有更高的分离效率。     

聚合物对旋流器内油滴聚结与分离效率的影响

为了研究聚合物对水力旋流器内油滴聚结与分离效率的影响规律,以螺旋导流内锥式旋流器为研究对象,利用群体平衡模型(PBM)方法对不合聚与含聚0.5‰工况下油水两相在旋流器内的速度场、黏度场、油滴聚结、运移特性及分离效率进行数值分析,并通过实验验证.结果 表明:聚合物的加入增大了水相黏度,使油滴在旋流器内最大停留时间与轴向运动距离增加,增加了油滴碰撞聚结的机会,但降低轴心处油滴向上运动的轴向速度,使油滴无法快速从溢流口流出,最终从底流口流出,增加油水分离的难度.与不合聚时相比,含聚0.5‰工况下,轴心处的油滴粒径与含油体积分数较高,但简化分离效率由99.79％降低至94.72％.通过马尔文粒度仪对两种工况下入口与出口的油滴粒径进行测试,含聚0.5‰时溢流与底流口油滴粒径高于不合聚时,验证了模拟的准确性.     

内置涡核破碎翼参数对旋风分离器性能影响的仿真研究

内置涡核破碎翼旋风分离器具有保持较高效率同时降低压降的特点。研究涡核破碎翼参数对分离器性能的影响有重要的意义。本文利用计算流体动力学方法(CFD),采用雷诺应力模型(RSM)和离散化模型(DPM),模拟涡核破碎翼参数对分离器性能的影响。结果发现:随着相邻涡核破碎翼间距增大,分离器收集效率及压降均呈现缓慢增长趋势,而随着每组涡核破碎翼个数增加,分离器收集效率及压降均呈缓慢下降趋势。     

基于正交的二次分离旋流器结构优选数值分析

一体化二次分离旋流器是在单体旋流器内部进行二次分离的一种新型旋流器。利用正交法,基于计算流体动力学软件,分别对一级溢流管长度、圆柱段长度、二级溢流管伸入长度、二级锥段角度、底流管长度等结构进行优选。设置油相体积分数为2%、油滴粒径为30μm的混合液作为研究介质。首先采用单一指标的方法找出分离效果最优的结构,然后将优选后的结构与初始结构进行了对比验证。此方法可为水力旋流器的结构参数优选提供参考。     

基于离散相模型的旋风分离器内部流场数值研究

针对旋风分离器内部流场的研究,采用数值模拟的方法模拟了分离器内固体颗粒的运动轨迹。通过分析不同粒径及入口速度对旋风分离器内固相颗粒运动轨迹的影响,探索了颗粒在旋风分离器中运动的物理机理,随后对旋风分离器的灰斗长度进行了优化。结果表明:颗粒在旋风分离器中运动轨迹比较复杂,且同时受到入口速度和粒子半径的影响,相同粒径颗粒在不同入口速度下运动轨迹不同,且小粒径颗粒较容易受到入口速度的影响,旋风分离器在标准灰斗长度下的分离效率及分离性能最好。模拟结果可为工程实际应用提供一定的理论指导。     

高压天然气田用旋风分离器内流场的数值模拟

对高压天然气田旋风分离器的内流场进行三维稳态数值模拟。将不同压力下的旋风分离器的内部流场进行对比,结果表明,压力对旋风分离器的轴向速度和径向速度的影响很小,但是对切向速度影响较大。旋风分离器的压降随着压力的增大而增大,基本成线性关系。在高压条件下,排气管的直径和入口面积对旋风分离器内流场速度的影响是比较有规律的。     

基于CFD的旋风分离器的结构优化设计

应用计算流体力学软件FLUENT对旋风分离器进行三维气固两相流场的数值模拟。根据不同结构参数(排气管直径、排气管插入深度以及锥体和筒体的相对尺寸)的旋风分离器内部流场模拟结果,分析了不同参数对分离效率和压降的影响,得到旋风分离器的最优结构参数,并对最优结构参数的旋风分离器动、静压力和三维速度进行数值模拟和分析。     

气液旋流分离装置的研制与可行性试验

为了适应油田高含水后期气液分离的需要，在满足经济性、工况条件和操作压力等前提下，研制出一种新型气液分离装置，其主要特征是小型化、高效率、低成本。与常规容器式气液分离器相比，该气液旋流器装置具有结构简单、体积及占地面积小、重量轻、易安装、易操作及易维护等特点。经过初步试验其可行性得以验证。     

颗粒物性参数对旋风分离器性能影响的试验研究

通过全面测定循环流化床锅炉用旋风分离器在不同操作参数下的分离效率,研究了入口气速和入口颗粒浓度、入口颗粒物性等参数对旋风分离器的压降和分离性能的影响规律.试验结果表明,影响旋风分离器分离性能的主要物性参数是颗粒的中位粒径和密度,在入口颗粒的中位粒径相差较大时,分离性能主要受粒径的影响,而当入口颗粒粒径相差较小时,密度对分离器分离性能的影响则更为显著.     

基于人工神经网络旋风分离器优化因子预测研究

定义了旋风分离器的优化因子(OF),通过人工神经网络算法(BP算法)研究旋风器几何结构参数和分离性能之间的复杂函数关系,从而提出旋风分离器优化因子的预测模型.结果表明,该模型的预测结果和实验结果较为吻合,提供了一种对于旋风分离器性能预测的新思路.     

一种新型的气液旋流分离器设计

介绍了一种新型的气液分离器,分析了气液分离机理,并对分离器主要结构进行了设计计算,并在Fluent工作环境中对气液两相流场进行了数值模拟,结果表明了该设计的正确性、科学性.