旋流器內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值仿真.pdf

1、水力旋流器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、分離效率高和無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件等優(yōu)點(diǎn)廣泛用于石油企業(yè)。對(duì)部分結(jié)構(gòu)尺寸等單因素對(duì)旋流器的影響研究目前較為成熟，且提出了一些理論與模型。但由于其內(nèi)部流場(chǎng)復(fù)雜，目前仍有許多問(wèn)題有待探究，如旋流器錐段長(zhǎng)度對(duì)旋流器流場(chǎng)及分離性能的影響，對(duì)于諸多結(jié)構(gòu)尺寸多因素協(xié)同作用時(shí)對(duì)分離器的影響，也沒(méi)有見(jiàn)到相關(guān)報(bào)道。
　　在詳細(xì)分析了目前廣泛使用的三種旋流器結(jié)構(gòu)形式及用于油水分離特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，確定了此次數(shù)值模擬研究對(duì)象的結(jié)構(gòu)形式

2、，且理論分析了流體在其內(nèi)、外旋流的軸向、徑向、切向速度分布速度特點(diǎn)及其對(duì)油滴分離的影響。以使通過(guò)對(duì)旋流器流場(chǎng)三個(gè)速度分量的模擬，了解其性能。
　　數(shù)值模擬時(shí)，由于旋流器內(nèi)部是同時(shí)存在內(nèi)外旋流的高速湍動(dòng)狀態(tài)，采用Reynolds切應(yīng)力模型可以較好模擬液體在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的流動(dòng)，用Mixture型以模擬油水兩相流動(dòng)，采用非定常算法以觀察油相遷移過(guò)程，近壁處采用非平衡壁面處理。
　　通過(guò)上述數(shù)值模擬方法模擬了分流比對(duì)旋流器分離效率

3、的影響，結(jié)果表明，分離效率隨著分流比的增加而升高，隨后進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。采用小分流比可以使底流回收更多能量方便后續(xù)處理。由此可知，旋流器存在一個(gè)合適的分流比。
　　通過(guò)對(duì)六個(gè)柱段長(zhǎng)度尺寸的模型模擬，可以看出柱段長(zhǎng)度變化對(duì)分離性能的影響不顯著。在不干擾柱段穩(wěn)定流形的情況下，減小柱段長(zhǎng)度可減小沿程阻力損失。
　　對(duì)5個(gè)大錐段長(zhǎng)度模型進(jìn)行數(shù)值模擬研究，結(jié)果表明：大錐段長(zhǎng)度增加致使分離效率降低，大、小錐段處內(nèi)旋流軸向溢流速度以及外旋流切

4、向速度均減小，而對(duì)大小錐段兩處外旋流軸向速度及內(nèi)旋流切向速度影響微弱。同時(shí)5個(gè)對(duì)小錐段長(zhǎng)度模型進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，結(jié)果表明：小錐段長(zhǎng)度與分離效率成二次函數(shù)關(guān)系，說(shuō)明存在一個(gè)最佳長(zhǎng)度可滿足高效分離性能。通過(guò)對(duì)速度場(chǎng)分析得到：小錐段長(zhǎng)度增加導(dǎo)致大錐處內(nèi)旋軸向速度減小，而小錐處內(nèi)旋流軸向速度增大的兩種不同趨勢(shì)，對(duì)兩處外旋流的軸向速度以及內(nèi)外旋切向速度影響均不明顯。
　　對(duì)于入口水力直徑、溢流口直徑、柱段和大小錐段長(zhǎng)度等結(jié)構(gòu)尺寸多因素的協(xié)