舒朝晖[1]2001年在《油水分离水力旋流器分离特性及其软件设计的研究》文中研究表明油水分离水力旋流器是油田地面工程中的一种重要的新型离心沉降分离设备。本文针对不同的物性参数，对油水分离水力旋流器的分离特性进行了研究，并在此基础上运用人工神经网络模型、基于随机过程理论的Monte Carlo模拟以及其它数学模型相结合的方法，进行水力旋流器的软件设计，根据不同的物性参数和分离要求，优化出旋流器的结构参数和操作参数，并给出旋流器的分离效率。 首次采用自行设计的压力缓冲装置对旋流器的边壁油水混合物进行取样，系统研究了水力旋流器中油滴粒径对整个旋流器及旋流器各段分离效率的影响，首次指出旋流器大锥段、小锥段的分离效率均随进口平均粒径的增加而增加，直管段的分离效率则基本不随进口平均粒径的变化而变化。首次探讨了不同轴向高度旋流器器壁油滴粒径变化规律及其影响因素。结果表明，在不发生破碎的正常分离条件下，各边壁油滴的平均粒径沿旋流器的轴线方向逐渐减小，表明旋流器的各段均有一定的分离能力；分流比对旋流器边壁油滴平均粒径的影响不大，油滴平均粒径的变化主要与旋流器的入口流量有关，当入口流量达到一定程度时，旋流器边壁的平均粒径随入口流量的增加而降低，如果入口流量太小，各边壁的平均粒径基本不随入口流量的变化而变化，旋流器的分离效率较低。提高旋流器进口油滴的平均粒径，改进旋流器的锥段结构，选择合适的入口流量都有利于提高旋流器的分离效率。 对旋流器中的压力降及压降比进行了系统分析。结果表明，旋流器的压降比与分流比成线性关系，随分流比的增加而增加。溢流口以及沿轴线各点的压 四川大学博士学位论文力降均随分流比的增大而增加，且增加的幅度较大，而底流口的压力降随分流比的增加而变小，但变化较小。整个旋流器以及旋流器各段的压力降均与进口流量成指数关系变化。在旋流器的压力损失中，进口、旋流腔及大锥段的压力损失所占的比例最大，且基本不随人口流量的变化而变化；小锥段的压力损失所占的比例次之，并随入口流量的增大而增大；直管段的压力损失所占的比例最小，它随入口流量的增大而不断降低。在达到分离要求和生产能力的前提下，降低旋流器的分流比和入口流量，适当增大旋流器的进日截面积，是降低旋流器能耗的有效途径。 首次采用改进的BP神经网络模型模拟水力旋流器的分离过程。总结归纳出叁种改进的BP算法，并对网络的结构、算法及激励函数从理论和实践上进行了分析和讨论。结果表明，用人工神经网络模型来预测油水分离水力旋流器的结构参数和操作参数是切实可行的，网络的输出结果与实际值相符。通过旋流器软件中的人工神经网络模拟，实现了旋流器结构参数和操作参数的优化。 对旋流器中的油滴运动进行了随机模拟，在此基础上运用 MOnte Carlo法预测旋流器的分级效率，并在前人研究的基础上作了进一步的改进，即在随机模型的建立中，直接采用旋流器分级效率表达式的数学模型，并首次考虑了进口油滴粒径分布对旋流器分级效率的影响。实验结果表明，软件中 Moflte Carlo分别与 M T Thew分级效率模型以及 R M L Martns分级效率模型相结合的两种方法的预测结果都与实际值吻合得较好，用这两种方法来预测油水分离水力旋流器的分级效率都是可靠的。 本文的研究成果，无论是理论上还是实践上，都对油水分离水力旋流器的推广应用具有积极的指导意义。
耿高峰[2]2012年在《旋流器内部流场数值仿真》文中研究表明水力旋流器因其结构简单、操作方便、分离效率高和无转动部件等优点广泛用于石油企业。对部分结构尺寸等单因素对旋流器的影响研究目前较为成熟，且提出了一些理论与模型。但由于其内部流场复杂，目前仍有许多问题有待探究，如旋流器锥段长度对旋流器流场及分离性能的影响，对于诸多结构尺寸多因素协同作用时对分离器的影响，也没有见到相关报道。在详细分析了目前广泛使用的叁种旋流器结构形式及用于油水分离特点的基础上，确定了此次数值模拟研究对象的结构形式，且理论分析了流体在其内、外旋流的轴向、径向、切向速度分布速度特点及其对油滴分离的影响。以使通过对旋流器流场叁个速度分量的模拟，了解其性能。数值模拟时，由于旋流器内部是同时存在内外旋流的高速湍动状态，采用Reynolds切应力模型可以较好模拟液体在高速旋转状态下的流动，用Mixture型以模拟油水两相流动，采用非定常算法以观察油相迁移过程，近壁处采用非平衡壁面处理。通过上述数值模拟方法模拟了分流比对旋流器分离效率的影响，结果表明，分离效率随着分流比的增加而升高，随后进入稳定状态。采用小分流比可以使底流回收更多能量方便后续处理。由此可知，旋流器存在一个合适的分流比。通过对六个柱段长度尺寸的模型模拟，可以看出柱段长度变化对分离性能的影响不显着。在不干扰柱段稳定流形的情况下，减小柱段长度可减小沿程阻力损失。对5个大锥段长度模型进行数值模拟研究，结果表明：大锥段长度增加致使分离效率降低，大、小锥段处内旋流轴向溢流速度以及外旋流切向速度均减小，而对大小锥段两处外旋流轴向速度及内旋流切向速度影响微弱。同时5个对小锥段长度模型进行了数值模拟研究，结果表明：小锥段长度与分离效率成二次函数关系，说明存在一个最佳长度可满足高效分离性能。通过对速度场分析得到：小锥段长度增加导致大锥处内旋轴向速度减小，而小锥处内旋流轴向速度增大的两种不同趋势，对两处外旋流的轴向速度以及内外旋切向速度影响均不明显。对于入口水力直径、溢流口直径、柱段和大小锥段长度等结构尺寸多因素的协同作用对分离器的影响，全面数值模拟，规模很大，难于实施，为此进行正交试验设计，通过16组有代表性的水平组合模型进行数值模拟，并用极差分析法找出了各因素最优的水平组合以及对分离效率的主次影响顺序。通过方差分析法，得出入口水力直径具有高度显着作用，各因素之间的交互作用绝大部分表现出了显着性，从而说明了结构参数之间的配合的确对分离性能产生影响。以上研究结果将为旋流器的优化设计及后期进一步研究具有重要意义。
韩丽艳[3]2013年在《同向出流倒锥式旋流器结构设计及分离特性研究》文中研究指明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。
刘丽丽[4]2011年在《旋流器入口结构影响机理及实验研究》文中研究指明本文对常规旋流器入口数量进行了对比模拟;对双入口常规旋流器的入口截面积大小对分离特性的影响、对渐缩形入口流道旋流器入口渐缩程度对分离特性的影响分别进行了模拟分析。在大量的入口形式基础上提出了一种新型的旋流器入口形式,即在常规旋流器的入口基础上,使入口流道带有一定的倾斜角度。对此种新型入口旋流器采用理论分析、数值模拟与实验研究相结合的方法,研究其流场特性及分离性能。首先在理论分析的基础上建立初始模型,通过数值模拟优化旋流器入口的结构参数,最后通过实验研究确定倾斜入口流道旋流器的最佳操作参数,并进而验证数值模拟结果的正确性。利用计算流体动力学(CFD)方法,采用Gambit软件建立模型、Fluent软件进行数值模拟,分析了倾斜入口流道旋流器内部速度场、压力场的分布情况以及油相浓度的分布规律等特性;对入口流道不同倾斜角度的模型也进行了对比,从而确定最佳倾斜角度范围。通过室内实验进一步观察分析倾斜入口流道旋流器内部流场特性、入口流量和分流比等对分离效率的影响。研究结果为进一步优化旋流器入口结构形式提供了一定的理论基础和借鉴,为旋流器结构优化提供了有益的参考。
熊思[5]2015年在《油井产出液预脱水用新型水力旋流器的设计与特性研究》文中研究表明随着油田进入开采的中后期,油井产出液中的含水率日益升高,给后续油气集输处理环节带来了较大压力,采用传统的容器式重力分离技术来实现产出液预脱水由于分离效率低、投资成本高等原因受到较大限制;此外,随着海洋油气资源的大力开发,受限于海上平台甲板空间和载重能力,传统处理方法和容器式重力分离设备难以满足设计施工要求,因此研究开发结构紧凑、性能高效的油井产出液预脱水技术意义重大。本文在系统总结油水分离用静态水力旋流器研究及应用进展情况的基础上,以轴向入口水力旋流器作为研究对象,结合常规切向入口水力旋流器的设计方法,提出了轴向入口水力旋流器的结构设计思路,借助计算流体动力学(CFD)软件FLUENT验证了可行性,并通过数值正交试验研究了部分结构参数对分离性能的影响。基于建立的结构设计方法,设计了处理量为30m3/h的轴向入口水力旋流器工程样机,借助FLUENT软件、通过单因素数值试验探究了主要结构参数对分离性能的影响,筛选得到了最优结构参数组合,并基于该最优参数组合探究了不同操作参数对分离性能的影响。根据单因素数值试验结果,采用响应曲面法(RSM)对影响分离性能的主要结构参数进行优化,得到工程样机的整体最优结构参数组合。为了评估轴向入口水力旋流器的分离特性,同时为工程样机的现场试验提供参考,设计研制了小处理量室内试验样机。首先比较了高含油油水混合液的不同配制方案,并最终确定贴近工程实际的方案;其次,研究了处理量、分流比和出水口背压对分离性能的影响,得到轴向入口水力旋流器运行时的最优处理量和分流比范围。结果表明,处理量在100%~120%设计处理量、分流比在10%~15%入口进液量时,分离效果较好。为了解决试验过程中出水口含油浓度较高的问题,采取增加小锥段长度的改进措施,有效改善了分离效果。本文的理论分析和实验研究工作为油井产出液预脱水用轴向入口水力旋流器的研制提供了技术参考,为下一步产品的工程化和系列化开发奠定了基础。
刘海生[6]2006年在《油水分离旋流器分离性能及其优化设计软件的研究》文中提出油水分离旋流器是利用油水两相液体之间的密度差，通过离心力的作用在水力旋流器内部进行油水分离的设备。本文应用计算流体动力学(CFD)的原理和方法，对油水分离旋流器的内流场及其分离性能进行数值模拟，通过与试验验证，确定程序开发的总体流程，并依此进行油水分离旋流器优化软件的设计。 首先，通过油水分离旋流器分离性能的现场试验，验证其分离性能与流场特性之间的内在联系，为CFD计算分析流程提供必要的试验数据。 从油水分离旋流器流场分析的基本理论出发，采用LRR雷诺应力湍流模型，应用SIMPLE算法，对其内部流场进行了数值模拟。得到了旋流器内油水两相流场的分布规律和油水两相流的分离特性；并且从流量、分流比与分离效率关系的两个方面对数值模拟结果和实验数据进行对比分析，其相对误差都在8％的范围内，从而说明该数值计算方法和整个CFD分析流程是正确可靠的。 本研究工作的创新点是首次针对工程设计人员，基于CFD技术开发了油水分离旋流器优化设计程序。该程序融合了计算机技术、数值仿真技术、系统集成技术，采用了结构参数优化设计思想，可根据实际需要实现油水分离旋流装置从物理建模、计算求解、模型后处理及结果分析的个性化设计过程，得到其内部流场参数和工程数据，并可通过选择不同的旋流器结构模型以及相关操作流程的工艺指标计算，帮助工程人员综合分析油水分离旋流器的各种影响因素，实现结构尺寸优化，快速设计出性能良好的油水分离旋流装置。
宋民航[7]2013年在《新型导叶式水力旋流器设计与结构优选》文中提出轴流式旋流分离器具有尺寸小、结构紧凑、压力损失小、分离效率高且流场更加稳定的优点。本文介绍了轴向入口旋流分离技术的研究进展，包括导流叶片的结构形式、数值模拟研究和实验研究，简要分析了轴流式旋流分离器的未来发展趋势。本文介绍了一种新型导叶式水力旋流器的结构及分离原理，确定了入口导流叶片的结构形式，确定了叶片准线采用直线段和椭圆线相结合的形式，并计算出了叶片的内外准线方程，采用FLUENT软件对该结构分离器的内部流场进行了数值模拟研究，分析表明，新型分离器的内部流场稳定，轴心处形成的油核明显，具有良好的分离效果，整体压力损失小，明显低于常规水力旋流器。本文所涉及的旋流分离器采用轴向导流叶片入口进液，使旋流器的径向结构尺寸相对常规的切向入口旋流器大幅度减小，使其更加适用于有限的井下空间。本文开展了轴向导叶式水力旋流器的结构设计，对分离器最优结构尺寸进行数值模拟优选，并开展了室内实验研究，为研究轴向导叶式水力旋流器提供有益的参考。
何琴[8]2015年在《构造参数与操作条件对油水旋流分离器性能影响的CFD模拟》文中研究说明本文针对日趋严重的含油废水处理问题,利用Fluent软件在较全构造与操作参数范围条件下进行油水旋流分离模拟,考察了不同构造几何尺寸与操作工况对水力旋流器内流场分布、分离性能、能耗损失的影响,进行了F型和优选型油水旋流分离器内流场特性对比,分析了旋流器内的速度场、压力场、分离性能和能耗损失。并基于操作工况的分析,就构造几何参数进行响应曲面优化,研究了结构参数最优范围及不同结构参数对油水旋流器主次影响关系,为油水旋流器的优化设计与操作提供一定的参考和依据。研究显示:①优选型较F型在低阻和高效上均获得明显改善。②基于给定水量规模、油水分离器直径,进行了单因素模拟试验,考察了各类结构参数对油水旋流分离器性能的影响,分别为入口尺寸、溢流管直径及插入深度、旋流腔直径及长度、大小锥角、底流管直径及长度。油水旋流器结构尺寸的变化,不会引起速度分布规律的变化,仅会改变数值的大小,并得到不同结构参数变化对分离效率及压降的影响关系。③一定范围内,油水旋流器的分离效率先增加到达最大之后呈降低趋势,并确定该结构的旋流器最佳处理范围为Q=5.5~6.5m3/h;此外,压降与流量拟合结果为1483.20094.0i??QP,与学者研究相符。不同含油体积分数下,分流比变化对分离效率的影响趋势一致,随着分流比增大,分离效率逐渐提高。入口压力在一定范围内变化时,分离效率呈小幅度变化,压降几乎没有变化,说明入口压力对油水旋流器分离性能影响不显着。入口含油体积分数增大时,其分离效率呈下降趋势,油水分离难度增大。当油滴d>40μm时,粒径分离效率大于50%。可知,d50近似等于40μm。当油滴d>100μm时,粒径分离效率可达到98%以上,并随着粒径的增大,不再发生明显变化。④旋流腔直径和小锥角对油水分离器分离效率影响极为显着,其他结构参数对分离效率的影响相对较小。入口尺寸、底流管直径及小锥角对油水旋流分离器底流压降的影响极为显着,其他结构参数对底流压降的影响不大。此外,得到了分离效率和压降最优的组合,建立了油水旋流分离器的分离效率和压降预测模型,可以全面反映油水旋流分离器结构尺寸对分离效率和压降的影响,有助于旋流器设计的优化。
董祥伟[9]2011年在《不动管柱底流可调式电潜泵井下油水分离系统的设计研究》文中指出井下油水分离技术是一项高效、环保、节能的新技术,但是其装置结构复杂、适应性差、成本高等问题一直制约着此项技术的发展,针对以上问题,本文提出几种新型式的井下油水分离系统的设计方案,主要介绍了采用电动潜油形式的设计方案,动力泵采用离心泵或螺杆泵,同时简单介绍了地驱螺杆泵形式的井下油水分离系统设计方案,并介绍了相应的可调底流过流面积的井下一体化管柱结构,这些新方案的提出为井下油水分离技术的进一步发展打下基础。首先,进行了井下油水分离系统节点分析,系统依托各个节点,各部分协调工作,实现预期的工作流程。在此基础上介绍了电动潜油离心泵、电动潜油螺杆泵和地面驱动螺杆泵井下油水分离系统的设计方案,并介绍了井下油水分离系统的主要部件,包括电泵机组、串联式双级水力旋流器等。其次,介绍了井下油水分离同井采注管柱结构,对各部分及相关工艺进行了说明。重点介绍了底流调节机构的设计方案,介绍了底流调节结构的工作原理及各部分的结构。第叁,依托计算流体力学软件FLUENT,对井下双级水力旋流器进行了仿真研究。通过对单相流场的仿真,得到了单锥与双锥旋流器内流场的速度分布和压力分布规律,并分别得到了两级旋流器的压降规律,通过对比不同分流比和流量下的仿真结果,分析了操作参数对旋流器内流场的影响;通过添加多相流模型,对旋流器的两相流场进行仿真模拟,并对两级旋流器的分离性能做出了评价。最后,进行了井下油水分离器的地面试验研究,通过地面试验分析了分流比、流量等操作参数对底流含油量的影响。
盛庆娇[10]2013年在《新型螺旋入口水力旋流器模拟分析及实验研究》文中指出以传统的静态液-液水力旋流器为基础,对水力旋流器的结构进行了设计,目的是在保证其具有更大的处理量并提高分离效率的基础上,使其在结构尺寸上达到小型化。本文通过改进水力旋流器的进液形式来满足结构小型化的要求,因此设计一种采用螺旋入口形式的水力旋流器,通过螺旋入口这种轴向进液方式来适应狭窄工作环境(例如井下管柱内等)。利用Fluent软件对螺旋入口水力旋流器进行模拟分析,分析旋流器内部流场特性,分析螺旋入口结构参数变化对压力场和速度场的影响,掌握新型旋流器的分离机理,确定旋流器的最佳操作参数和结构尺寸。针对不同流量、分流比对新型旋流器分离效率的影响进行了实验验证,同时检验了新型轴向入口水力旋流器优化设计的可行性及其脱油效果。当变换操作参数时,新型旋流器能够在合理的操作参数下达到较高的分离效率,符合软件模拟分析的结果。实验数据和模拟结果进行了对比分析,认为通过Fluent软件对旋流器结构进行创新和优化设计是可行的,同时可以利用数值模拟的方法对新型结构进行操作参数的优选。最后对新型旋流器样机在实验过程中所出现的问题进行了分析总结,为将来应用于井下油水分离等奠定了良好的基础。
参考文献：
[1]. 油水分离水力旋流器分离特性及其软件设计的研究[D]. 舒朝晖. 四川大学. 2001
[2]. 旋流器内部流场数值仿真[D]. 耿高峰. 西安石油大学. 2012
[3]. 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
[4]. 旋流器入口结构影响机理及实验研究[D]. 刘丽丽. 东北石油大学. 2011
[5]. 油井产出液预脱水用新型水力旋流器的设计与特性研究[D]. 熊思. 北京石油化工学院. 2015
[6]. 油水分离旋流器分离性能及其优化设计软件的研究[D]. 刘海生. 西南石油大学. 2006
[7]. 新型导叶式水力旋流器设计与结构优选[D]. 宋民航. 东北石油大学. 2013
[8]. 构造参数与操作条件对油水旋流分离器性能影响的CFD模拟[D]. 何琴. 重庆大学. 2015
[9]. 不动管柱底流可调式电潜泵井下油水分离系统的设计研究[D]. 董祥伟. 中国石油大学. 2011
[10]. 新型螺旋入口水力旋流器模拟分析及实验研究[D]. 盛庆娇. 东北石油大学. 2013