喻炜[1]2003年在《新型水力旋流器内流场特性与性能强化机理研究》文中研究指明在水力旋流器技术的开发和应用中，如何提高其分离性能、降低其运行成本是人们普遍关注且显得日益重要的两个课题。为此，人们已做了许多有益的工作并取得了大量的成果。但这些工作都主要集中于研究旋流器结构改进对其分离性能的影响，而对结构改进影响旋流器流场的情况和流场改变对旋流器分离性能影响的机理研究很少，这使得前人对旋流器的结构优化工作存在一定的盲目性。本实验的目的就是要通过对新型水力旋流器流场和分离性能的测试，揭示旋流器分离性能与其流场特性之间的内在联系，为水力旋流器的进一步优化工作提供理论基础。 本文研究工作的创新点表现在叁方面：(1)在对水力旋流器进行较系统研究的基础上，选用了新型的旋流器锥段结构和具有不同的中心插入部件新型旋流器结构为研究对象。(2)采用先进的LDA激光测试仪首次对所设计的新型旋流器内的流场进行了测试，获得了新型旋流器内的二维时均速度场和湍流场的分布规律。(3)测试了新型旋流器不同结构条件下的处理量、流量比、能耗系数、总效率、修正总效率、级效率和修正级效率等性能参数，并在对这些性能数据进行比较分析的基础上，结合相应流场的激光测试结果，综合分析了新型旋流器流场与其性能的内在联系。 通过以上所述的研究工作，我们获得的了以下主要研究结果： 直锥型旋流器加入光杆后，旋流器的流场特性无明显改变，但分离性能较无中心插入部件时有较大提高；直锥型旋流器加入带翅片的中心插入部件，旋流器的流场有较大改变，分离性能有所降低，翅片数目越多分离性能降低也越严重；翅片旋向为正旋时分离性能要好于旋向为反旋时；翅片的弯曲弧度为半圆时要好于弯曲弧度为半弧时;采用双曲线锥段的旋流器总效率和修正总效率略优于普通直锥型旋流器，分级精度和能耗差于普通直锥型旋流器，修正分离粒度比普通直锥型旋流器更大:采用抛物线型锥段的旋流器总效率、修正总效率和分级精度都明显优于普通直锥型旋流器，能耗略差于普通直锥型旋流器，修正分离粒度比普通直锥型旋流器大;不同形式中心插入部件对双曲线型和抛物线型锥段结构旋流器分离性能的影响规律类似于不同形式中心插入部件对直锥型旋流器分离性能的影响规律。 以上对新型水力旋流器的实测研究和理论分析不仅具有重要理论意义，而且具有实用参考价值。研究结果既为优化水力旋流器的结构设计提供了重要理论依据，也对最终全面认识旋流器的分离机理有所帮助。
琚选择[2]2008年在《除油水力旋流器叁维数值模拟研究》文中指出近年来,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。
蔡圃[3]2014年在《水力旋流器内多相流动分离机制的计算研究》文中认为水力旋流器是利用离心场实现非均相液体混合物高效分离的设备。尽管其结构非常简单,内部流场却十分复杂。研究旋流器内的多相流动,对深化认识分离过程和指导工业设计具有重要意义。本文采用计算流体动力学(CFD)方法研究了水力旋流器内气液固多相的流动过程和分离机制。首先,确定了计算气液固多相流的CFD数学模型。通过比较k-ε、k-ω、雷诺应力模型(RSM)、大涡模型(LES)和分离涡模型(DES)五种湍流模型对速度分布的预测,选择RSM模型描述各向异性的湍流；采用流体体积模型(VOF)和拉格朗日概率追踪模型(LPT)预报气液界面和追踪颗粒的运动,通过比较报道的空气核直径和分级效率验证了模型的可靠性。其次,统计分析了不同粒径颗粒的主要作用力,发现对于小颗粒,流体曳力是轴向、切向和径向主要作用力；对于次小颗粒、切割颗粒和次大颗粒,流体曳力是轴向和切向主要作用力,离心力、流体曳力和压力梯度力是径向主要作用力；对于大颗粒,流体曳力和压力梯度力是轴向和切向主要作用力,离心力、流体曳力和压力梯度力是径向主要作用力。流体曳力在轴向和切向具有较强的随机性,在径向随颗粒粒径的增加随机性逐渐减小。压力梯度力主要在径向起作用。随着径向半径的减小,流体曳力先增加后减小,压力梯度力和离心力逐渐增加。再次,提出了颗粒相的分离机制。流体曳力、压力梯度力和离心力的作用共同控制颗粒的运动。在不同的颗粒粒径下,压力梯度力和离心力基本不变,向外离心力的数值约为向内压力梯度力的2.5倍,使得大颗粒进入下行流并在底流口捕集。随着颗粒粒径的减小,流体曳力呈指数上涨且随机性增加,但总体向内。向内的流体曳力将部分颗粒推向轴心,经上行流逃逸。当颗粒粒径小于一定值后,流体曳力远远大于离心力和压力梯度力,颗粒运动的随机性非常强,宏观表现为均匀分布。最后,设计了一种减阻附件,在保持分离效率不变的同时可以降低压降。当减阻叶片位于最大切向速度包络面和零轴速包络面中间位置时,保效减阻效果最佳,可以降低压降15.10%。随着减阻叶片长度的增加,只要不破坏外旋流的连续性,分离性能不变；一旦外旋流的连续性遭到破坏,分离性能急剧下降。因此,外旋流是控制颗粒分离的关键区域。减阻叶片的翼展垂直于流体的旋转方向,有效削弱了流体的旋转速度,出流的切向速度显着下降。出流速度头减小,出口能量损失减少,旋流器的压降降低。
王学佳[4]2006年在《气携式液—液水力旋流器分离机理及特性研究》文中研究表明气携式液-液水力旋流器是在常规液-液水力旋流器的基础上开发的一种新型高效的离心分离设备。它具有体积小、处理能力大、有效浮选粒度下限小以及浮选速度快等优点。自问世以来受到了许多学者及工程师的青睐。本文通过机理分析、数值模拟及工程试验等方法对气携式液-液水力旋流器的分离机理及流场特性进行了研究。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RNGk-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,对气携式液-液水力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速度分布特性、压力分布特性、湍动能及其耗散率分布特性规律。采用混合模型对多相流动进行处理。计算得出油-气-水叁相流场的分布规律和分离特性。从数值模拟的轴向剖面油相浓度分布图与大锥段横截面径向速度来看,水相与油-气复合体较大的径向速度差异是气携式液-液水力旋流器高效快速地完成油水分离的主要原因,这与理论分析的结果是一致的。为了验证数值计算结果,对气携式液-液水力旋流器进行了分离特性实验,即室内实验与油田现场试验。试验结果表明,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将提高10%左右,入口注气时可获得95.7%的分离效率,底流出水中含油浓度降到25.7mg/L,这与数值模拟结果也相吻合。本文工作为进一步研究气携式液-液水力旋流器的分离机理、流场特性及结构优化设计提供一定的理论和经验。
王尊策[5]2003年在《复合式水力旋流器的结构及特性研究》文中指出水力旋流器由于其特殊的分离原理及结构特征已成为一种独具一格的分离装置，其应用范围逐步扩大。常规动态、静态类型的水力旋流器在油田产出液的预分离和污水处理中已表现出一定的优越性能，同时也暴露出一些不足。因此，研究开发高性能的新型水力旋流器，以适合于油田发展的需要是十分必要的。 鉴于动、静态水力旋流器各自的优点和局限性，本文提出了一种新结构型式的旋流分离装置——复合式水力旋流器，其保持了动态水力旋流器旋流强度高、压力损失小的优点，旋流分离段采取固定形式，大大降低了结构产生的振动对旋流场稳定的影响。 在建立单元化的复合式水力旋流器试验装置基础上，通过实验分析得出了样机旋转栅的叶栅片数、栅片长度、同步旋转筒长度及溢流口的合理结构参数。试验确定了复合式水力旋流器入口流量与压力损失、入口流量与压降比的关系以及分流比对分离效率的影响和电机转速对压力损失、分离效率的影响关系。 采用多普勒测速系统对静态水力旋流器及复合式水力旋流器样机的切向速度场和轴向速度场进行了测试和比较。给出了复合式水力旋流器切向速度和轴向速度的基本分布规律。 基于RNGK-ε模型的基本理论，通过对K-ε模型的修正，建立了复合式水力旋流器的数学模型。应用控制体积法和交错网格技术实现对输运方程的离散化，采用SIMPLE算法对复合式水力旋流器的内部流场进行数值模拟。并对数值模拟结果与实际测量结果的进行了比较。 结合油田现场工艺流程，先后进行了油田含油污水处理和油井产出液预分离的实验研究，结果表明，复合式水力旋流器是完全可以胜任生产工艺要求。 本文针对复合式水力旋流器的结构及特性所开展的研究工作，为新型旋流器结构参数和操作参数的合理选择提供了依据，也为改善油田水处理效果、提高污水处理的技术水平提供了新的思路。
谢知峻[6]2015年在《粒子排布器对旋流过滤器分离性能强化的数值模拟》文中指出本文从实际工程要求出发,以强化旋流过滤器液固分离性能为原则,在传统结构的基础上,通过引入粒子排布器得到了一种新结构,根据入口截面粒径分布的不同,新结构可分为正旋式旋流过滤器和反旋式旋流过滤器,通过Fluent商用软件对以上叁种结构旋流过滤器的两相流场进行了模拟计算,对比分析了速度场、压力场、过滤流、颗粒轨迹、颗粒浓度分布等流场特征及分离性能,同时分析了入口流量和入口宽高比对反旋式旋流过滤器流场及分离性能的影响。研究发现,新型旋流过滤器具有较大的切向速度、轴向速度和过滤流量,为颗粒的分离提供了较大的离心力场,其中反旋式旋流过滤器具有较大的零轴速包络面空间及较小的径向速度,能够有效防止颗粒返混。对于小粒径颗粒,入射位置越靠近入口截面外壁或下端的颗粒越容易随外旋流向下运动从底流口排出,入射位置越靠近入口截面内壁或上端的颗粒越容易受二次涡流的影响从溢流口排出;而大粒径颗粒受入射位置影响较小,基本都从底流口排出。反旋式旋流过滤器的粒子排布器能够改变小粒径颗粒的入射位置,使小粒径颗粒主要从靠近外壁的位置进入旋流过滤器,有利于分离过程的进行,同时反旋式旋流过滤器各截面的颗粒浓度分布主要集中在近壁处,要优于标准型和正旋式旋流过滤器。反旋式旋流过滤器分离效率比标准旋流过滤器高出10%左右。在一定范围内,流量越大,反旋式旋流过滤器的分离效率、压降及过滤流量越大;入口宽高比越小,反旋式旋流过滤器的分离效率、过滤流量越大。
陈世琢[7]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》文中研究说明在传统静态液-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。
李缙[8]2016年在《基于熵产理论的水力旋流器优化》文中进行了进一步梳理水力旋流器由于具有结构简单、操作方便、无转动部件等优点广泛用于石油石化企业。目前对水力旋流器的研究主要集中在尺寸因素和非尺寸因素对水力旋流器的分离效率和能耗的影响分析上,对能耗主要用压力降来评价,而对其能耗的分布情况及组成研究很少。熵产分析法可以通过计算熵产的值,得到不可逆现象产生能量损失的分布情况。在此基础上,通过改变操作参数或设计参数,将熵产最小化,从而实现减小不可逆损失或优化不可逆损失分布的目的。利用计算流体力学数值模拟软件Fluent,采用Mixture多相流模型和RSM模型数值模拟并研究了国内外被广泛研究的Martin-Thew双锥型水力旋流器内部的流场、分离效率及熵产等。通过数值模拟得到了旋流器轴截面的压力、密度云图及圆柱段、大锥段和小锥段和尾管不同横截面过轴心线上的叁向速度分布图,模拟结果与实验得出的结果吻合较好,表明数值模拟的方法可行,结果真实可靠。在此基础上,进一步数值模拟得到了水力旋流器的单位体积的熵产率分布云图,分析了熵产的分布规律及熵产其中分布的主要区域。模拟结果表明熵产主要集中在溢流口以及大小锥段过渡段。为了研究水力旋流器的圆柱段长度、大锥段长度及小锥段长度对水力旋流器的分离效率和熵产的影响,分别模拟了10%,15%和20%叁种含油浓度下的5个圆柱段长度、10个大锥段长度、10个小锥段长度以及10%含油浓度下5个溢流口直径共计80组模型的水力旋流器的熵产和分离效率,研究了不同的水力旋流器的尺寸对分离效率和熵产的影响规律。模拟结果表明,圆柱段长度对熵产及分离效率的影响都不大;大小锥段长度对揣流熵产、黏性熵产及总熵产的影响规律相同,且随着大小锥段长度的增加,旋流器额各种熵产先减小后增加;溢流口直径小于5mm时,熵产及分离效率随溢流口直径的增大变化不大,溢流口直径大于5mm时,分离效率和总熵产均有明显的下降;增加含油分率,分离效率减小,熵产的变化规律不明显。以保证水力旋流器分离效率并尽可能减小熵产,针对数值模拟过程中发现的熵产较大的区域进行改进和优化,确定了水力旋流器的优化方案并进行了数值模拟,模拟结果表明优化后的模型的各种熵产均较原模型的各对应熵产均有减少,其中总熵产减小了48.91%,分离效率几乎不变化。在优化模型的基础上,再次针对熵产较大的区域进行了原因分析并进行了改进和优化,对优化后的模型的进行数值模拟分析表明,较原模型,总熵产减小了57.35%,并维持了较高的分离效率,优化效果明显。上述研究结果将为旋流器的优化设计及后期进一步研究提供参考,具有重要意义。
盛庆娇[9]2013年在《新型螺旋入口水力旋流器模拟分析及实验研究》文中进行了进一步梳理以传统的静态液-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。
刘书孟[10]2007年在《油田叁次采油污水处理技术及回注问题研究》文中提出近年来,随着聚合物驱油等叁次采油新技术在大庆油田的推广应用,油田采出污水性质发生较大变化,粘度增加、乳化程度增强、悬浮颗粒变细,处理水质变差,影响了油田的开发效果。而且,随着我国石油需求量的逐年增加,为保证国家石油战略安全,更多的“叁低”油藏(低产量、低渗透、低丰度)被开发动用,对注水水质又提出了更高的要求。适应油田开发形势,研究新型高效油田叁次采油污水净化回用技术,改善注水水质,已成为一个紧迫的课题。本文从除油、过滤、精细过滤叁个工艺环节入手,在理论及应用方面开展了研究工作。在高效除油技术方面,开展了气携液-液旋流分离机理及应用实验研究。首先,对气携旋流场中分散相粒子的受力及运动进行了理论分析,证明了气泡与油滴形成的聚合体,更易于向轴心运动;其次,应用CFD方法,研究了油-气-水叁相流场的速度分布、压力分布、湍动能及其耗散率分布特性,对不同注气方式的流场特性及分离效果进行了数值模拟;第叁,开展了气携液-液旋流分离特性室内研究,优化了旋流器的主要结构参数,对四种注气方式的分离效率进行了对比,确定了合理的注气方式和操作参数;最后,在油田现场开展了处理聚驱采出污水工艺试验,确定了工艺运行参数,评价了处理效果。研究结果表明,气携式液-液水力旋流器可以发挥旋流与气浮的协同效应,与传统的两级沉降除油工艺相比,除油效率高,停留时间短,具有较好的推广应用前景。在过滤技术方面,针对亲油性滤料存在的再生性差、易污染等问题,开展了亲水性纤维球过滤叁元复合驱采出污水研究。首先,应用表面改性方法,将疏水性纤维球改性为亲水性纤维球,并在室内对其表面特性进行了测定;然后,设计了亲水性纤维球过滤罐,开展了现场试验研究,确定了工艺参数。与常规过滤罐相比,亲水性纤维球过滤罐具有滤料再生性好、高效率、高负荷的优点。在精细过滤技术方面,开展了聚驱采出水超滤膜深度处理技术研究。采用PVDF管式超滤膜进行了试验,对操作压差、膜面流速、浓缩倍数、清洗周期等操作参数进行了优化,预测了膜的使用寿命。通过对超滤膜表面污染物的检测分析,阐明了超滤膜的污染机理。实验表明,超滤膜处理聚驱二次过滤后污水,出水水质稳定,基本达到“511”水质标准,在聚驱采出污水深度处理领域有良好的应用前景。此外,还开展了岩心驱替实验。结果表明,普通聚驱采出污水,由于聚合物浓度高,会对特低渗透层造成较强伤害。因此,为了保护油层、降低注入压力、改善开发效果,应严格控制特低渗透层注入水中的聚合物含量。本文在油田叁次采油污水处理技术方面,进行了系统地研究与探索,对改善油田注水水质,提高开发效果,具有积极的促进作用。
参考文献：
[1]. 新型水力旋流器内流场特性与性能强化机理研究[D]. 喻炜. 四川大学. 2003
[2]. 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
[3]. 水力旋流器内多相流动分离机制的计算研究[D]. 蔡圃. 兰州大学. 2014
[4]. 气携式液—液水力旋流器分离机理及特性研究[D]. 王学佳. 大庆石油学院. 2006
[5]. 复合式水力旋流器的结构及特性研究[D]. 王尊策. 哈尔滨工程大学. 2003
[6]. 粒子排布器对旋流过滤器分离性能强化的数值模拟[D]. 谢知峻. 中国石油大学(华东). 2015
[7]. 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
[8]. 基于熵产理论的水力旋流器优化[D]. 李缙. 西安石油大学. 2016
[9]. 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
[10]. 油田叁次采油污水处理技术及回注问题研究[D]. 刘书孟. 上海交通大学. 2007