除砂器顶端出口结构对轻质流体逸出的影响研究
发布时间：2021-08-18 00:34
本文依据旋流分离器具有结构简单、分离效率高等突出的优点,通过改造普通水力旋流器的顶端出口结构以提高分离效率,即在除砂器的溢流管处安装螺旋导流叶片,利用计算流体力学fluent模拟软件和理论分析研究液-固螺旋式水力旋流器顶端出口的结构参数对除砂器分离效率的影响。首先依据水力旋流器的分离原理以及螺旋导流叶片的结构特性建立初始几何模型,然后进行网格划分和边界条件的设置。采用RSM雷诺应力模型模拟研究液体的流场内部分布规律,用二阶迎风格式和SIMPLEC算法对分离器内两相中的速度、压力和湍流分布进行模拟研究,利用fluent模拟软件对内部流场分析后,通过与普通直筒式旋流器进行分析对比,从切向速度、静压力和湍流分布方面比较得出螺旋式旋流器在分离性能上的优越性。再综合利用Solidworks画图软件和fluent模拟软件的特性,改变除砂器出口处螺旋导流片的结构参数,通过数值模拟研究分析得出在其他结构参数不变的情况下,随着螺旋片厚度的增加,分离效率先增后减;随着螺旋叶片圈数的增加,旋流器的分离效率增大;随着螺旋式叶片的螺距增大,除砂器的分离效率先增后减;导叶片倾斜度为4.2度的时候,除砂器的分离效率...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一般除砂器结构
螺旋导流槽的形式。螺旋导流槽的主要作用是可以起到对流体提速的效果，另一方面还有对流体流动导向的作用，这样可以使得内部流场的扰动影响更校此外，螺旋导流槽的导流作用会使溢流口处的湍流加强影响流场的稳定性，究其原因主要是由于多相混合进入螺旋槽会使其流体的流动方向和流态发生巨大变化，从而影响分离效果。通过对螺旋式旋流分离器中的流场分布研究，影响分离效果的因素主要是内部的旋转半径和流体进入旋流器的流速。与螺旋管那种特殊且独立的结构相比，螺旋槽结构则是与旋流器筒壁和溢流管直接相接，一般导流槽如图1-2所示。图1-2螺旋导流槽结构Macierewicz等人申请专利保护的圆柱段带螺旋导向结构的旋流器[20]。因为固液分离中的溢流管插入位置在旋流器的圆柱旋流段，在此旋流段，流体在溢流管与圆柱段之间是向下运动的，螺旋叶片就安装在这个环型通道内。从上面开始有两片叶片，叶片与旋流器轴线方向的夹角从开始时的10°逐渐变为84°，这一段叫做过渡段，据称这种过渡段的叶片结构不致于引起明显的附加压降而又能保证过渡段的总高度比较合适。其后就是叶片与旋流器轴线方向的夹角保持不变的螺旋导向结构，这种结构的作用包括两个方面：首先是可以减少短路流的影响，有效抑制了旋流器顶端处短路流对旋流器的分离影响；另一种作用就是减少了流体撞击产生的能量损失，这是因为传统旋流器中切向进入的流束与分离室中的涡流流束的流速分布具有不相容的性质会产生流体能量的损失，而带有导向叶片的旋流器中，流体从旋流器入口进入再直到底流口，在导向叶片的作用下涡流的发展很充分，从而对流场的扰动很校1.3.2除砂器分离效率的性能指标（1）分离效率分离效率是用来衡量旋流器分离固体颗粒的能力大小，是指分离后的颗粒占总流入颗粒?
西安石油大学硕士学位论文14第三章除砂器的结构和模拟步骤本论文研究的是新型螺旋式结构除砂器，通过加装螺旋导流片来提高除砂器的分离性能，因此对除砂器的结构设计主要是对螺旋导流片的设计，通过查阅资料文献得知，螺旋导流叶片对除砂器的影响至关重要。3.1新型除砂器的设计3.1.1螺旋导流片的设计本文采用直螺旋导流叶片，如图所示，这种导流叶片是水力旋流器能产生较强旋流速度的重要构件，即导流叶片是产生较大离心力的重要组成部分，同时它也是产生压力损失的主要原因[35,36]。当流体从旋流器进口进入后便开始在导流叶片的引导下做强旋流运动，流体在进入螺旋通道后产生三个速度：轴向速度、切向速度和径向速度，其中的切向速度是造成离心力的主要因素，离心力与切向速度是同时变化的。改变叶片的安装方向时，入口速度一定时，就会产生不同的切向速度与轴向速度。在流体流经导叶片时，由于导叶片处的流动空间变小，但是流体进入旋流器的能量总量不变，所以动能转化为速度能的效率提高，即流体的旋转速度会变大，离心力也随之变大，混合相中的重质相旋转到叶片边缘，这就达到了提高分离的效果。图3-1螺旋片结构由以上可知，螺旋式旋流除砂器的分离性能主要由螺旋导流片的结构所决定，如图3-1是螺旋片的结构简图，主要影响因素由螺旋导流叶片的厚度、螺距、圈数、安装角度等决定的，其中螺距和圈数是影响分离性能的主要因素，本文设计螺距分别为：95mm、100mm、110mm、120mm，圈数为：1、1.5、2、2.5。螺旋叶片结构的改变对流场内部的影响最为明显，进而影响压力的变化。本文设计螺旋导流叶片结构时，螺旋片的外径和圆柱筒的直径相等，即紧贴筒壁，这样流体在螺旋片中流动时会完全接触壁面，以减少速度损失和压力损失。
本文编号：3348825
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一般除砂器结构
螺旋导流槽的形式。螺旋导流槽的主要作用是可以起到对流体提速的效果，另一方面还有对流体流动导向的作用，这样可以使得内部流场的扰动影响更校此外，螺旋导流槽的导流作用会使溢流口处的湍流加强影响流场的稳定性，究其原因主要是由于多相混合进入螺旋槽会使其流体的流动方向和流态发生巨大变化，从而影响分离效果。通过对螺旋式旋流分离器中的流场分布研究，影响分离效果的因素主要是内部的旋转半径和流体进入旋流器的流速。与螺旋管那种特殊且独立的结构相比，螺旋槽结构则是与旋流器筒壁和溢流管直接相接，一般导流槽如图1-2所示。图1-2螺旋导流槽结构Macierewicz等人申请专利保护的圆柱段带螺旋导向结构的旋流器[20]。因为固液分离中的溢流管插入位置在旋流器的圆柱旋流段，在此旋流段，流体在溢流管与圆柱段之间是向下运动的，螺旋叶片就安装在这个环型通道内。从上面开始有两片叶片，叶片与旋流器轴线方向的夹角从开始时的10°逐渐变为84°，这一段叫做过渡段，据称这种过渡段的叶片结构不致于引起明显的附加压降而又能保证过渡段的总高度比较合适。其后就是叶片与旋流器轴线方向的夹角保持不变的螺旋导向结构，这种结构的作用包括两个方面：首先是可以减少短路流的影响，有效抑制了旋流器顶端处短路流对旋流器的分离影响；另一种作用就是减少了流体撞击产生的能量损失，这是因为传统旋流器中切向进入的流束与分离室中的涡流流束的流速分布具有不相容的性质会产生流体能量的损失，而带有导向叶片的旋流器中，流体从旋流器入口进入再直到底流口，在导向叶片的作用下涡流的发展很充分，从而对流场的扰动很校1.3.2除砂器分离效率的性能指标（1）分离效率分离效率是用来衡量旋流器分离固体颗粒的能力大小，是指分离后的颗粒占总流入颗粒?
西安石油大学硕士学位论文14第三章除砂器的结构和模拟步骤本论文研究的是新型螺旋式结构除砂器，通过加装螺旋导流片来提高除砂器的分离性能，因此对除砂器的结构设计主要是对螺旋导流片的设计，通过查阅资料文献得知，螺旋导流叶片对除砂器的影响至关重要。3.1新型除砂器的设计3.1.1螺旋导流片的设计本文采用直螺旋导流叶片，如图所示，这种导流叶片是水力旋流器能产生较强旋流速度的重要构件，即导流叶片是产生较大离心力的重要组成部分，同时它也是产生压力损失的主要原因[35,36]。当流体从旋流器进口进入后便开始在导流叶片的引导下做强旋流运动，流体在进入螺旋通道后产生三个速度：轴向速度、切向速度和径向速度，其中的切向速度是造成离心力的主要因素，离心力与切向速度是同时变化的。改变叶片的安装方向时，入口速度一定时，就会产生不同的切向速度与轴向速度。在流体流经导叶片时，由于导叶片处的流动空间变小，但是流体进入旋流器的能量总量不变，所以动能转化为速度能的效率提高，即流体的旋转速度会变大，离心力也随之变大，混合相中的重质相旋转到叶片边缘，这就达到了提高分离的效果。图3-1螺旋片结构由以上可知，螺旋式旋流除砂器的分离性能主要由螺旋导流片的结构所决定，如图3-1是螺旋片的结构简图，主要影响因素由螺旋导流叶片的厚度、螺距、圈数、安装角度等决定的，其中螺距和圈数是影响分离性能的主要因素，本文设计螺距分别为：95mm、100mm、110mm、120mm，圈数为：1、1.5、2、2.5。螺旋叶片结构的改变对流场内部的影响最为明显，进而影响压力的变化。本文设计螺旋导流叶片结构时，螺旋片的外径和圆柱筒的直径相等，即紧贴筒壁，这样流体在螺旋片中流动时会完全接触壁面，以减少速度损失和压力损失。
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