分流比对旋流器油水分离性能影响的模拟研究.pdf

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1、第42卷第3期化工机械399分流比对旋流器油水分离性能影响的模拟研究+徐保蕊料1蒋明虎1刘书孟2李广志2赵立新1蒋昌云3(1．东北石油大学机械科学与工程学院；2．大庆油田有限责任公司第二采油厂；3．天津修船技术研究所)摘要应用计算流体动力学(CFD)方法，针对不同分流比对旋流器油水分离性能和压力特性的影响进行模拟研究，利用指数坐标系对比分析了分流比对旋流器的速度、压力降、压降比和分离效率的影响及其变化规律。通过分析发现，分流比变化主要影响旋流器内部轴向速度分布，压降比随分流比的增大线性增加，而综合效率随分流比的增大先

2、增大后降低，当分流比为20％时，所设计旋流器的综合效率最高，且质量效率和简化效率均高于95％。关键词旋流器油水分离分流比综合效率中图分类号TQ051．8文献标识码A文章编号0254-6094(2015)03-0399-05近年来，水力旋流器因其结构紧凑、占地面积小、分离速度快及设备投资小等优点受到石油石化行业和市政环保领域工作者的重视。可用于固液、液气、固固及液液等两相介质的分离以及气液固等三相介质的处理。其中，油水两相分离用水力旋流器，是利用油水两相介质问的密度差将油相从水相中分离出来的一种技术方法¨’21。如今，

3、计算流体动力学和计算机科学迅速发展，为采用数值模拟方法解决流体力学问题提供了极大的便利"1，同时，计算机数值模拟也已经成为研究旋流分离技术的主要方法之一。数值模拟技术不仅可降低研究成本、提升研发速度，还可充分认识分离器内的流场和流体流动规律，因此学习和掌握数值模拟的研究、使用方法，对于如今旋流分离技术研究人员也越来越重要。4j1。笔者结合油田采出液含油实际情况，借助于计算流体动力学CFD数值方法，研究分析了分流比变化对旋流器油水分离性能的影响。给出了适于油水分离用旋流器的最佳分流比，掌握了分流比变化对旋流器速度、压力

4、降、压降比及分离效率等分离特性的影响规律。1模型尺寸及参数设置研究基于以往优化设计的一种单锥型油水两相分离旋流器，主要结构尺寸包括主直径D。、旋流腔长度L，、溢流口直径D。溢流口伸入长度￡。、锥角a、底流口直径D。、底流口长度L：和入口截面b×h，旋流器主要结构参数设置及模型尺寸关系见表1。表1旋流器结构模型尺寸关系为便于对比分析，取S。(彳=0)、S：(z=一80)两截面，如图1所示。采用Gambit软件建模和划分网格，网格划分如图2所示，利用Fluent软件开展数值模拟分析。}国家“863”计划课题资助项目(20

5、12AA061303)。一徐保蕊，男，1985年11月生，博士研究生。黑龙江省大庆市，163318。400化工机械2015年图1旋流器结构示意图图2旋流器网格划分模拟计算设置的介质物性参数分别为：油相密度870kg／m3，动力粘度0．0461Pa·s，油滴粒径设为0．15mm；水的密度998．2kg／m3，动力粘度1．003mPa·s。边界条件设置为：入口流量3m3／h，人VI油相体积分数5．5％；设置速度入口，入VI法向速度分量由人口流量与总入口截面积决定，其计算式为。，=Qi／S；，其他两个方向的速度分量为零；溢

6、流VI和底流口均设为自由出口¨o。分流比F为水力旋流器的一个重要操作参数，它反映水力旋流器的溢流与底流两个出口之间流量的分配关系旧’“，分流比F定义为溢流出121流量Q。与总流量Q；之比。在进行变分流比模拟计算时，入口流量不变，对F分别为15％、20％、25％、30％进行数值模拟对比分析。2模拟结果与分析2．1速度场影响分析由于旋流器的中心对称特征¨1，在对旋流器内部速度场分析过程中取旋流器不同截面上的[0，r。。，]进行分析和对比。在入口流量不变的情况下，改变溢流分流比得出S。、Js：截面上的切向速度分布如图3所示

7、，可以看出，在加大了分流比的过程中，S，、S：截面上的切向速度分布基本不变，旋流器中心处速度为零，随径向尺寸的增加，切向速度也逐渐增加，且存在一个最大切向速度点t，。，，在该点处当半径进一步增加时，旋流器切向速度口。逐渐减小，在边壁处减小为零。因此当旋流器分流比在[15％，30％]范围内变化时，对旋流腔与锥段连接部分和锥段内部切向速度的影响很小。‘‘‘kL’}’一·F=30％一～、一-F=25％、．、，F=20％、1*F=15％】．11．O10Ol(a．S．截面气缸体移{Vim。b．

8、s2截面图3不同分流比情况下两截

9、面上的切向速度对比同样，在入口流量不变的情况下，改变溢流分流比得出S，、S：两截面上的轴向速度分布如图4所示，可以看出，在加大分流比的过程中，．s，、S：两截面上的轴向速度分布变化明显，主要表现分别为：a．在s。截面上，旋流器中心处轴向速度最大，流动方向向上，随径向尺寸的增加，轴向速度逐渐减小，且存在一个零轴向速度点(也=0)，在第42卷第3期