宽流量水力旋流器参数优选与流场特性研究

发布时间：2020-04-11 16:18

【摘要】：本文首先对油水分离方法以及旋流分离技术和可调旋流器研究进展等进行了简要介绍,基于内锥式水力旋流器油水分离效果显著的优势,设计出宽流量水力旋流器。使用Solidworks软件建立三维模型、利用Gambit软件进行网格划分、利用Fluent软件进行数值模拟。应用正交试验的方法对旋流器进行结构参数的优选,分析了分离效率受溢流管伸入长度、溢流管直径、大锥段角度、小锥段角度及底流段长度的影响程度。通过研究速度分布、压力损失、油相体积分数等对初始结构和优选结构进行对比,模拟结果验证了优选结构的分离效果更好。研究了操作参数变化对旋流器的影响。分别改变入口流量和溢流分流比进行数值模拟,对其不同操作参数条件下的速度分布、压力损失分布和油相体积分数分布情况进行了对比分析,得到了固定结构水力旋流器的最佳流量及最佳分流比,对比了几种不同流量条件下固定结构水力旋流器及宽流量水力旋流器的分离性能,与固定结构水力旋流器相比,宽流量水力旋流器拓宽了旋流器流量高效区。设计了室内试验方案,对固定结构水力旋流器和宽流量水力旋流器进行室内试验,试验结果显示流量及溢流分流比对压力损失和分离效率的影响规律与数值模拟相似但大小不同,并对比了两种旋流器在相同流量条件下的分离效率,发现在最佳流量以外,宽流量水力旋流器分离效率明显大于固定结构水力旋流器。应用PIV粒子成像测速技术对水力旋流器的旋流腔、大锥段及小锥段的三块不同区域的速度场进行了测试,重点研究了固定结构水力旋流器及宽流量水力旋流器速度矢量和轴向速度在不同流量下的变化规律,发现随着流量增大,速度矢量及轴向速度逐渐增大,根据流量变化对宽流量水力旋流器入口进行调节后,即使流量较小时,宽流量水力旋流器的速度矢量和轴向速度大小更接近于流量为3m~3·h~(-1)时的速度分布且衍生涡数量明显减小。
【图文】：

油水分离器,隔油池

用使流场中颗粒变小而导致不容易分离，混合介质在旋流器内的以旋流器的流量曲线会有一个高效流量区，尽管效率很高，但是。比如设计的旋流器的流量是 5m3·h-1，那么这个高效区在 5m3·在实际应用中如果处理量变小或变大都会使效率降低。为了解决难以适应处理量变化的现场情况从而导致分离效率大大降低的问水力旋流器的研究。离方法简介水分离法[7]有以下几种：简单、最基础的一种分离方法为重力式分离法。其分离原理是：且不相互溶和，处于乳化状态的油相和水相，密度较小的油相在较大的水相逐渐下沉，这样，油水两相实现了初步分离，如图 1是将混合液注入到隔油池中进行分离的，应用比较普遍的隔油池、波纹板式（CPI）和平行板式（PPI）。近几年，随着技术不断发并设计出了几种新型高效隔油池，如 CPI 式、PPI 式及 IPI 式等了除油能力、且占地面积更小安全性更高[8,9]。

原理图,离心分离,旋流器,原理图

如图1.2 所示，连续相与分散相的混合物通常会采用水力旋流器进行分离，如果两相的密度差越大，就越利于两相的分离。离心分离和重力分离的相同点是，，保证两相密度差不变，直径较大的分散相在运动过程中速度就越大，与连续性的速度差也就越大，从而使两相分离更加容易。在利用水力旋流器进行分离时要保证两相间存在密度差，且两相流体即使在高速旋转运动的情况下也不能发生化学或物理变化[18-20]。水力旋流分离器是一种在石油、化工、矿山等许多行业都广泛应用的高效离心分离设备[21]。水力旋流器具有操作方便、分离效率高、体积小、处理时间短等优点[22-24]。一般情况下固液[25]、气液[26]、及液液[27]等两相介质或气液固[28]三相介质的分离都可选用水力旋流器来进行。由于油和水的密度不同，所以可以选用水力旋流器来进行分离[29-31]。虽然应用水力旋流器进行油水分离具有广泛的应用前景，但水力旋流器在实际应用中也遇到了很多问题。现场操作参数的变化会对旋流器的运行产生一定的影响，操作参数发生变化会导致旋流器分离效果下降。因此，在现场应用前要分析分离效率受结构参数和
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

【参考文献】