不同入口流速下导叶式液液旋流器内流场与性能分析.pdf

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1、第38卷第5期化工机械535不同入口流速下导叶式液液旋流器内流场与性能分析‘于长录”“2任相军3马艺‘王振波’金有海1(1中国石油大学(华东)；2．中国石油渤海钻探工程公司；3中油华东设计院)摘要应用激光多普勒测试技术洲得导叶式液液旋流器内切向、轴向速度的分布规律，结合性能实验结果分析可知，导叶式液液旋流嚣高蛀分离柱段所需的最大切向速度”⋯=6．6—96ra／s，压降Ap=和。口。2／2，且f=5．2131x104。关键词旋流器导叶流场性能激光多普勒刺试技术中围分类号TQ051．8+4文献标识码A文章编号0254-

2、6094(2011)05-05354)5传统旋流分离器的进料方式多为切流式进料，人口的非轴对称结构导致内部流场也为非轴对称结构，实践中可以通过采用多入口对称进料的方式来解决这一问题，但仍未从根本上改变内部流场的这一特性”’2’。王振波等”1成功开发出了新型轴流导叶式液液旋流器，以导向叶片作为流体的造旋部件，代替了原来切向人口造旋，这不但保证了内部流场的轴向对称性，还将传统的二维布局变为一维直线布局，满足了在特殊狭长工况环境下的空间布局要求。另外，它还具有压降小、处理量大的优势。相比相同规格的旋流器，其压降(能耗)仅

3、为传统切流式人口结掏旋流器的60％左右”1。导叶式液液旋流器内部旋转流场的产生是流体经导向叶片旋转加速的结果，因此导叶式液液旋流器导向叶片的出口截面速度址是其最为关键的参数。为了研究新型导叶式液液旋流器的分离机理，笔者借助激光多普勒测试技术(LDV)对不同人口流速下导叶式液液旋流器的内流场和分离性能做了测定分析，实验结果将为该类型的导叶式液液旋流器的应用和适用工况提供依据和指导。1流场与性能测试1．1流场测试实验1．1．1实验装置液液旋流器LDV测试实验装置主要由导叶式液液旋流器、液流循环系统、LDV测量系统和流压

4、测量系统4部分组成(图1)。LDV激光多普勒测速系统是由美国TSI公司生产的，包括光路系统、信号处理系统和数据处理软件包3部分，该系统具有测定精度高、不干扰流动的特点”。。LDV测量系统压力表水力旋流器流量计阀门离心泵图1LDV测量旋流器内部流场实验装置示意图1．1．2流场测试方案流场测试实验介质为纯水相，测试方案见表·国家高技术研究发展计划项目(2006AA062224)和中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(09CX05011A)。t·于长录．男，1971年10月生，高级工程师。山东省东营市，257061。5

5、36化工机械2011年1，测试截面布置分布如图2所示。表1实验方案表珥-一Z￥：；(B‘I101】23图2LDV测试实验截面布置示意图1．2性能实验1．2．1性能实验装置性能实验装置主要由供料系统、流体管道系统、导叶式液液旋流器和测量装置4部分组成(图3)。实验模型采用DN50型导叶式液液旋流器。图3导叶式液液旋流器分离性能实验装置示意图1．2．2性能实验介质性能实验所用的介质为油、水两相混合物。水为实验室普通自来水，油为齿轮油，实验溢流比为10％。1．3参数及其测量方法通过电磁流量计测得旋流器入口流量，计算导叶式

6、液液旋流器导向叶片的出口截面速度13；：铲蚤(1)式中Q——旋流器的工况流量，m3／s；S。——叶片出口截面积，m2。通过精密压力表测得旋流器入口、底流口和溢流口压力，即可得到底流压降和溢流压降。该旋流器为除油型旋流器，底流将连接后续设备，所以底流压降是需要考察的压降。笔者提及的分离效率均为简化效率：田=警一罟㈤田2T。1一百‘z’式中叼——简化效率；Ci、C。——进口、底流含油浓度，由紫外分光光度计测得。2流场测试结果分析2．1流场全貌图4是入口流速秽=12m／s时导叶式液液旋流器的内部切向和轴向速度场分布示意图

7、。从图中可以看出，导叶式液液旋流器内的切向速度分布并非完全呈现经典的Rankine涡结构而是沿相当长的轴向位置上呈“双峰”分布，在准自由涡区切向速度下降到一定程度后，重新开始增大至一新的峰值，这是本旋流器的一大优点，近边壁区域增大的切向速度增强了旋流场的强度更利于近壁区域分散相向轴心区域的迁移，提高了旋流器的分离效率；导叶式液液旋流器内轴向速度分为上、下行流和轴向零速过渡区(WzVV)，WZVV的存在使得液滴在过渡区内的停留时间增长从而增大了被分离的几率；另外，WZVV内临界面近似为圆柱面使得分离粒度得到一定程度的

8、稳定，这成为本旋流器的又一优点。图4柱锥段的切向、轴向速度分布2．2入口流速对切向速度的影响图5为柱段截面5和锥段截面10在不同入第38卷第5期化工机械537口流速下的切向速度沿径向的分布曲线图。可以看出入I：I流速的增大没有改变切向速度的分布形式，但切向速度值基本上呈正比例增大，旋流器内流场强度增强。T帕●昌、越瑙匠恩径向位置r／mma．截面5b．截面10