斜板式气液分离器的内流场CFD模拟

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1、第8期-5-论文广场斜板式气液分离器的内流场CFD模拟12姜华，阮长悦（1.西南石油大学机电工程学院，四川成都610500）（2.浙江省天然气南方管网筹建处，浙江杭州310007）[摘要]基于计算流体动力学（CFD），应用ANSYS-CFX软件，采用RNGk-ε模型，对卧式分离器和斜板式气液分离器内部流场进行数值模拟计算，得到了两种分离器内部流场速度矢量分布规律和气体浓度分布规律，发现斜板式气液分离器比卧式分离器分离效率有很大提高。同时分析比较了流场模拟结果，发现分离器的上筒尾部、出气管、连通管，集液筒这四处存在涡流。[关键词]斜板式气液分离器；卧式分离器；气液分

2、离；数值模拟；流场分析；气液两相流[1]重力式气液分离器是高密度、高粘度钻井液物进入液室后，有一定的驻留时间，期间仍有一除气分离系统的第一级分离设备。主要目的是分部分气体被分离出来；④气、液混合物遇到出气离厘米级气泡，实现对气体的分离。重力式分离管内的丝网补雾器，雾沫随气体进入捕雾区被末器的性能指标包括处理量、除气效率、分离的最端捕雾拦截，从而达到更深度脱水。末端捕雾的小气泡直径。在设计分离器时，应力求气体出口主要原理是惯性碰撞。其中，拦截也起了重要作处的气体携液量尽量少，在液体出口处附近的液用。体携气量也应较少。图2为斜板式气液分离器的三维模型图，斜板1斜板式气

3、液分离器简介式分离器内部工艺流程：进气→冲击水洗→气液[2]分配（分离固体颗粒）→斜板层内重力沉降→末斜板式气液分离器是一种新型、高效的分离装置（已获国家实用新型专利，专利号端捕雾→出气（外输）。200820063802.7），具有结构简单、设备紧凑、无2网格划分及边界条件运动部件、分离效率高和处理量大等许多特点。2.1网格划分斜板式气液分离器与普通重力分离器相比，采用贴体坐标复杂空间的四、六面体混合优点为：网格，分区域生成非结构化网格；使网格分布与（1）斜板的加入使分离器内形成了若干流计算域的几何形状相一致，可较好地捕捉边界特体通道，缩短了液滴的沉降距离，增加了

4、聚结面征，从而更好地给出边界信息。考虑到气相出口积，使分离效率得到提高；管有一定的丝网捕雾器的结构和网格划分的可行（2）液滴和层膜运动方向、速度均不同，增性，将气相出口管丝网补雾器从分离器所形成的加了二者间的相互作用，有利于液滴的聚结；体中减掉，从而减少计算网格数量，提高网格质（3）斜板上的层膜处于连续运动状态，表面量和计算速度，如图3所示。不断更新，活性物质不能在界面上聚结，可大大2.2边界条件降低液滴聚结的影响。（1）入口边界条件：气液两相流体均匀混气液两相流进入分离器后，受重力影响，合，在入口处垂直入口截面流入。给定入口压力分离器的上筒被气体占据，下筒被液体

5、占据。其和操作温度，6.4Mpa；操作温度：21℃；分离主要通过以下方式：①气、液混合物冲击挡（2）进行模拟计算的气体（天然气）处理板，造成雾化和气泡破碎，实现大宗气体的分量：4×104m3/d；液体处理量：20m3/d，气液比离，液体初次沉降；②通过斜板分层室，将气、液混合物流展开成比较薄的液膜，使气泡从液相作者简介：姜华（1985—），男，黑龙江大庆人，在读研究生，中出来，实现气体的进一步分离；③气、液混合研究方向为石油天然气装备。石油和化工设备-6-论文广场2011年第14卷（a）三维模型图外观图（b）三维模型图剖面图图1卧式气液分离器三维模型图（a）三维模

6、型图外观图（b）三维模型图剖面图图2斜板式气液分离器三维模型图（a）卧式气液分离器三维模型图（b）斜板式气液分离器三维模型图图3三维模型网络划分图2为：2000。已知入口截面积：S=0.04712m，推出条件处理。当前气液处理量下入口速度V进=9.83m/s。3模拟结果与分析（3）下筒出水口设为封闭状态，出气口压力由图4气相流体速度矢量图可以看出，气液为6.3Mpa。混合两相流体以较高的速度遇到挡板后，发生冲（4）固壁边界条件：固壁边界按无滑移边界第8期姜华等斜板式气液分离器的内流场CFD模拟-7-击碰撞，在挡板与挡板上部空间形成一个三角区出气管、连通管，集液筒这

7、四处。域，该区域发生轻微涡流，使气液混合两相流体由图4卧式气液分离器气相流体速度矢量图，从气液入口进入后大部分从挡板上方以较高的速可以看出气相流体中的大部分液相流体以较高的度通过挡板区，在这个过程中气体中的大部分液速度由分离器上筒上壁部分进入到分层室，通过体在与挡板的碰撞中，直径稍大的液滴沉降到下分层室的吸附汇流功能，液滴较容易地从气体连方的集液筒，直径稍小的液滴以液雾的形式分散续相中沉降出来，最后气相流体从气液出口排在气相中进入到气液分层室区域。出。在这个过程中，其中的液相流体集中在分离在分离器前端处，由于液相流体挟带一部分器上筒的底部，通过与集液筒的连通管进入

8、到集气相，