李振国[1]2002年在《除油型水力旋流分离器内部流场的数值计算》文中研究说明尽管水力旋流器的结构简单，但是由于其内部流动为强旋转的湍流流动，使常用的湍流模型不再适用。因此，本文采用各向异性κ-ε模型及SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法对水力旋流器内流场及压力降进行了数值模拟，分别考察了溢流比、进料流量及溢流管几何尺寸等对压力降的影响，并把得到的数值计算结果与实验值比较，证明本文的计算结果是可以接受的。 另外，本文用颗粒轨道模型计算了进入水力旋流器的油滴颗粒运动轨迹，在此基础上，得出了水力旋流器的分离效率曲线。并考察了油滴直径、进料流量及溢流比的变化对分离效率的影响。
刘道友[2]2011年在《底流管结构对旋流分离的影响机理及实验研究》文中认为旋流器底流管对水力旋流器的分流比大小、分割粒径的大小等都有较大的影响,是影响旋流器分离性能的重要因素之一。在传统的水力旋流器设计中,除油型水力旋流器的底流管通常为直圆管,而且一般均与大气直接相通。采用这种结构,在分离过程中往往在底流管处形成直线流,不能较好的稳定流场,而且存在分流比较大,分离效率偏低,处理能力不高等问题。针对以上问题,本文通过机理分析、数值模拟及实验研究的方法,对除油型水力旋流器的分离机理及流场特性进行了研究,进而完成对底流管结构的优化。数值模拟部分利用流体动力学软件FLUENT,以雷诺平均N-S方程为控制方程,以RNG k-ε模型为湍流模型,基于控制体积法,应用SIMPLE算法,通过对控制方程中相关参数的修正,对新型底流管结构的除油型旋流器内部流场进行了分析。通过数值计算得到了旋流器内部流场的压力分布特性和速度分布特性规律。对不同底流口结构进行优化模拟分析,确定最终的结构形式,从而利用优化后的除油型水力旋流器,实现油-水两相的高效分离。通过对除油型水力旋流器的实验研究,进一步验证了优化后的新型底流管结构的合理性,以及采用数值模拟方法对除油型水力旋流器局部结构进行优化设计的可行性。研究了入口流量、分流比等操作参数对分离效率的影响,并与数值模拟结果进行了对比分析,验证了模拟分析的准确性。本文所进行的工作为进一步研究油水分离器的分离机理、分离特性及进行结构优化设计提供了一定的理论基础和借鉴。
李莹[3]2008年在《井下油水旋流分离器的数值计算及优化设计》文中进行了进一步梳理将油井举升系统与油水旋流分离技术相结合,形成同井注采系统,是油田进入高含水期后提高经济效益的一项新技术。其核心设备水力旋流器是一种利用两相流的密度差,在离心力场中将分散相从连续相中分离出来的一种设备。水力旋流器结构简单、无相对运动部件,具有分离效率高、价格低廉、操作维修方便。采用CFD软件中最精细的雷诺应力湍流模型,基于控制体积法,应用PC-SIMPLE算法,对油水分离旋流器内部流场进行了数值模拟。通过对单相流数值模拟得到旋流器内部流场的速度分布特性和压力分布特性。对油水两相流数值模拟得出了油滴粒径、流量及分流比的变化对分离效率的影响。在流场模拟中考虑了分散油相的流动特性,用计算两相流的湍流数学模型和处理分散油相的方法,研究油水分离旋流器的结构参数对流场和分离性能的影响,对入口、圆柱段及溢流管进行了结构优化。为了验证数值计算结果,对优化后旋流器进行了分离特性实验研究,优化后的旋流单管基本上达到了设计要求的处理能力和除油效率,其分流比也在合适的范围之内。最后介绍了电潜泵井下油水分离系统的结构和工作原理,将优化设计后的旋流器引入系统,并对系统进行了方案设计,包括电潜泵的设计计算以及配套电动机的选型。
杨威[4]2011年在《气携式液—液水力旋流器的数值模拟》文中研究说明气携式液-液水力旋流器具有结构紧凑、处理能力大、浮选速度快等特点,是一种新型高效的离心分离设备,在许多工业生产中得到越来越广泛的应用。本文采用Fluent软件中的雷诺应力模型、混合相模型和离散相模型,对气携式液-液水力旋流器进行数值模拟计算。得到其内部流场的速度分布、压力分布及油相浓度分布规律,并考察了主要操作参数对分离效率的影响,得到进口流量、分流比、充气量以及油滴粒径与分离效率的关系曲线图。将得到的数值计算结果与文献值相比较,可知模拟所得的分离效率与实验值存在较小的误差,但不超过5%,可知所选的数学模型是正确可行的。通过分析比较注气前后气携式液-液水力旋流器内油滴粒子的运动轨迹,可知从旋流器内逃逸出去的油滴粒子所用时间比常规水力旋流器短,说明了注气后,油滴粒子在微气泡的作用下迅速完成分离,同时分析了各操作参数与分离效率的关系。结果表明,气携式液-液水力旋流器较常规液-液水力旋流器在相同工况条件下油水分离效率明显提高,最高可达到95%,较未注气时增大了5%～8%。本文采用离散相模型对油滴粒子进行模拟计算,并分析了旋流器内油滴破碎产生的原因,将得到的数值计算结果与未考虑油滴破碎时比较,结果表明,考虑油滴碰撞与破碎因素后的模拟计算结果与文献值更接近,进一步说明了本文计算结果的正确性。这些研究成果将对工程实践中气携式液-液水力旋流器的开发设计有着一定的指导意义。
韩丽艳[5]2013年在《同向出流倒锥式旋流器结构设计及分离特性研究》文中进行了进一步梳理水力旋流器具有结构简单、体积小、分离效率高等特点，但由于其自身结构特点和使用环境限制，还存在对细小油滴去除效果差、不便于安装等问题，本文以常规液-液旋流器为基础，设计了一种新型旋流器结构——同向出流倒锥式旋流器，并针对其进行了数值模拟分析和实验研究。首先利用计算流体动力学软件Fluent对同向出流倒锥式旋流器初始模型进行数值模拟，对其内部流场的速度和压力分布规律以及流体流动特点加以分析，并针对不足之处，制定结构参数优选方案。对主要结构（溢流管直径、溢流管伸入长度、出口管长度、各锥段锥角等）进行数值模拟分析，根据对旋流器分离性能的影响选择最佳结构参数，得到更为合理的同向出流倒锥式旋流器结构模型，并开展实验研究。同向出流倒锥式旋流器的实验研究主要通过改变结构参数和操作参数进行的，分析溢流管直径、中心锥长度、入口流量和分流比对分离效率和压力降的影响，并将实验结果与数值模拟结果进行对比，发现实验值的变化趋势基本与模拟值一致，表明通过数值模拟对同向出流倒锥式旋流器进行的结构优选是可行的，进一步验证了同向出流倒锥式旋流器结构形式的合理性。本文研究的同向出流倒锥式旋流器改变了传统设计观念，具有流场稳定、旋流器长度更小、细小油滴分离效率高及施工难度低等优点，对旋流器进一步小型化、高效化的研究工作具有一定的指导意义。
陈世琢[6]2010年在《紧凑型轴流导叶式除油旋流器流场模拟及实验研究》文中研究表明在传统静态液-液水力旋流器的基础上对其结构进行改进,使之在尺寸上达到紧凑化、小型化,同时保证新型的水力旋流器能有较大的处理量和较高的分离效率。文中通过采用导向叶片实现轴向进液,该旋流器的紧凑结构适合应用于诸如井下套管等狭长细窄的空间。运用Fluent软件对装有不同结构参数导向叶片的轴流式除油旋流器进行模拟分析,观察其流场特性,分析导向叶片结构参数对速度场和压力场的影响,进一步掌握其分离机理,提高对新结构液-液水力旋流器的认识,确定最佳的导向叶片结构尺寸和样机模型。通过实验验证不同操作参数,如流量、分流比等,对分离效率的影响。进一步证明了所设计的新型样机的脱油效果以及通过模拟对旋流器进行优化设计的可行性。在适合的操作参数下,该旋流器可以达到较高的分离效率,符合软件模拟情况。同时对新型样机在实验中所存在的问题和需要改进的地方进行分析。为将来应用于井下油水分离等提供依据。本文为进一步研究液-液水力旋流器的分离特性及结构优化设计提供一定的理论基础和借鉴。
琚选择[7]2008年在《除油水力旋流器叁维数值模拟研究》文中研究指明近年来,应用计算流体力学(CFD)的原理和方法对水力旋流器内部流场和分离特性进行数值模拟受到越来越多的重视。采用基于有限体积法(FVM)的大型商业CFD软件——FLUENT,作为除油水力旋流器叁维数值模拟的研究工具,对除油水力旋流器的几何结构进行分析,总结出了一套网格划分的方法;依据CFD的基础理论与湍流模拟理论,合理地确定了数学模型、边界条件、对流-扩散项的离散格式和压力-速度耦合算法;结合流体力学中的涡流运动和组合涡理论以及水力旋流器内的流动特性,以清水为介质实现了20mmThew型旋流器内的流场和湍流标量场的全景式模拟;然后对除油水力旋流器的主要结构参数和操作参数逐一进行了模拟分析,得到了它们对流场的影响规律。在确定了CFD方法和成功模拟单相流场的基础上,进一步引进两相流模型,得到了20mmThew型旋流器的油相浓度分布场、流量与分离效率的关系、分流比与分离效率的关系和粒级效率,通过实验验证,其模拟的分离效率与实验测试效率的相对误差未超过5%,可见采用FLUENT软件模拟旋流器的分离性能是可行的;然后又将其内的油水分离过程处理为非稳态的过程,计算得到了油水两相由混合均相来流在旋流器内逐渐分离、聚结、运移并最终形成稳定油心的过程,揭示了大小锥段是影响分离效率的重要部位;对不同锥段型号的除油水力旋流器进行模拟和实验验证,得到了锥段对油水分离影响的规律。最后,从当前除油水力旋流器的设计现状出发,提出了基于CFD的优化设计原则。综合上述,所建立的数学模型、使用的计算方法和提出的优化原则为进一步研究除油水力旋流器的分离机理、流场特性以及结构优化设计提供一定的理论基础和经验。
牛贵锋[8]2006年在《油水分离旋流器叁维数值模拟与结构优化》文中研究指明油水分离旋流器是一种利用两相流的密度差，在离心力场中将分散相从连续相中分离出来的一种设备。其结构简单、无相对运动部件，具有分离效率高、价格低廉、操作维修方便，可满足不同生产中的特殊要求等优点。因而在矿山、石油、环保、化工等领域得到了广泛应用。近年来，随着计算机技术的飞速发展，使得应用计算流体动力学(CFD)技术模拟油水分离旋流器内流场成为可能。目前应用计算流体动力学的原理和方法对水力旋流器内部流场进行数值模拟研究受到越来越多学者的重视。 本文采用CFD软件中最精细的雷诺应力湍流模型，基于控制体积法，应用PC-SIMPLE算法，对油水分离旋流器内部流场进行了数值模拟。通过对单相流数值模拟得到旋流器内部流场的速度分布特性、压力分布特性、湍动能及其耗散律分布特性规律。对油水两相流数值模拟得出了油滴粒径、流量及分流比的变化对分离效率的影响，油水两相流场的分布规律和油水两相流的分离特性。从两相流数值模拟的轴向剖面油相浓度分布图可以看出旋流器的油水分离主要是在旋流腔和锥段实现的，这与理论分析的结果是一致的。所建立的数学模型实现了对油相液滴径向滑移速度分布规律的模拟，这将有助于对旋流器油水分离过程进行分析。 为了验证数值计算结果，对旋流器进行了分离特性实验研究，并且将实验数据同数值模拟结果进行了比较。入口流量-分离效率关系和分流比一分离效率关系两个方面的数值计算结果和实验数据的相对误差分别在8％和10％以内，说明本论文所采用的边界条件处理方法、建立的CFD模型和选用的湍流模型等都是正确的，采用的数学模型及算法对油水分离旋流器内部流场的数值计算是可行的。 在流场模拟中考虑了分散油相的流动特性，用计算二相流的湍流数学模型和处理分散油相的方法，研究油水分离旋流器的结构参数对流场和分离性能的影响，经过对几何结构单要素和多要素组合的大量优化计算，得出一些有参考价值的结论。 采用计算流体动力学CFD软件包对油水分离旋流器的两相流场及其主要性能进行了数值模拟研究和结构尺寸优化，在上述研究基础上，优化设计若干种油水分离旋流装置，其中具有阿基米德螺旋进口的两种典型结构分离效率得到明显提高，内流场的稳定性进一步增强，分离性能得到改善。结果表明，选用RSM(Reynolds stress model)湍流模型可以对旋流器流场进行较全面准确的数值模拟，依据模拟结果设计的结构能高效的处理油田产出液，为从理论上对旋流器进行深入研究、设计高效分离设备提供了一条新途径。
曹艳强[9]2017年在《液—液旋流分离器的数值模拟及参数优化》文中提出旋流分离器是一类依靠离心进行分离的装置,是通过借助互不相溶的两种介质之间的密度差进行分离的。近些年来,旋流分离器的用途也由主要进行固-液分离发展到液-液分离、液-液-固分离和气-液-固叁相分离。我国许多油田都在进行水力旋流器应用于油田采出液及油田污水处理方面的研究,从目前的形势看,已显示出良好的应用前景。本论文结合目前油田生产实际情况,针对脱油型旋流分离器开展了相关的实验研究工作。由于旋流分离器是利用流体压力的损失在达到分离的,所以在研究其分离特性的同时,还对各种压力损失情况进行了研究分析。论文还对旋流分离器的分离机理进行了详细的分析和论述。对不同溢流口直径和溢流管长度对旋流分离器分离效率的影响做了分析。利用FLUENT流体动力学软件,针对旋流器实验样机的主要结构形式,基于RNG k-ε模型对旋流分离器内部流场的压力分布情况、速度和流体流动情况进行了模拟分析,结果数据对旋流分离器的结构优化设计提供了可借鉴的依据。对于旋流分离器各结构参数对分离效果的影响,本论文也进行了较为详细的分析,并设计出几种不同的配套工艺,利用室内实验对旋流分离器系统进行了分析。结合现场生产实际,在大庆油田开展了污水处理旋流分离器及配套工艺的小规模生产应用研究,经过对比实验,可以看出,在现场生产实际情况下,旋流分离器可以将含油污水脱油90%以上,能较好地满足油田污水的处理要求。
王羕[10]2014年在《井下两级串联旋流分离技术研究》文中提出井下油水分离装置具有结构紧凑、运行空间小、分离时间短等优点，正逐步成为国内外各大石油企业所采用的油田开采技术。本文简要介绍了井下油水分离装置的研究进展，分析了水力旋流器串联技术在相关领域的应用，结合我国高含水油田、小尺寸采油套管的开采现状，提出了一种新型的井下两级串联旋流分离装置。该井下两级串联旋流分离装置采用两根单体旋流器在采油套管内部串联排列的分布方式，在原油开采阶段，即采油套管内部完成油、水两相的分离，将处理后的油相举升至地面，水相排入回注水层，实现稳油控水。应用数值模拟软件对井下两级串联旋流分离装置进行了整体结构的模拟分析，重点探讨了具有轴向入口的螺旋叶片导流式旋流分离器（预分离旋流器）的流场分布特点，以及过渡连接结构对串联分离装置流场分布、压力损失、分离效率的影响。结果表明，井下两级串联旋流分离装置具有较高的分离效率，对操作参数的适应能力较强，在特定的操作参数变化范围内，可保持较好的分离状态。通过井下两级串联旋流分离技术的研究，设计出适合国内油田使用的井下两级串联旋流分离装置，采用CFD软件进行结构参数、操作参数优选，应用实验研究明确优选参数，为井下两级串联旋流技术的推广应用提供可靠保证。
参考文献：
[1]. 除油型水力旋流分离器内部流场的数值计算[D]. 李振国. 大连理工大学. 2002
[2]. 底流管结构对旋流分离的影响机理及实验研究[D]. 刘道友. 东北石油大学. 2011
[3]. 井下油水旋流分离器的数值计算及优化设计[D]. 李莹. 中国石油大学. 2008
[4]. 气携式液—液水力旋流器的数值模拟[D]. 杨威. 大连理工大学. 2011
[5]. 同向出流倒锥式旋流器结构设计及分离特性研究[D]. 韩丽艳. 东北石油大学. 2013
[6]. 紧凑型轴流导叶式除油旋流器流场模拟及实验研究[D]. 陈世琢. 大庆石油学院. 2010
[7]. 除油水力旋流器叁维数值模拟研究[D]. 琚选择. 中国石油大学. 2008
[8]. 油水分离旋流器叁维数值模拟与结构优化[D]. 牛贵锋. 西南石油大学. 2006
[9]. 液—液旋流分离器的数值模拟及参数优化[D]. 曹艳强. 西安石油大学. 2017
[10]. 井下两级串联旋流分离技术研究[D]. 王羕. 东北石油大学. 2014
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