帶內(nèi)錐的切向進口擴散式方形分離器內(nèi)氣相流場的數(shù)值模擬

本文用dlr(近壁低雷諾數(shù))型k-ε紊流模型·bfc(邊界擬合曲線坐標變換)法對錐形擴散器內(nèi)的紊流進行了數(shù)值仿真與分析。通過對數(shù)值仿真結果和實驗結果的比較,分析不同模型常數(shù)組、模型函數(shù)組和時間步長對時均速度和紊流動能的影響。

采用計算流體動力學(cfd)方法,對氣液固三相旋流分離器的初始模型進行數(shù)值模擬,分析其內(nèi)部流場分布,得出倒錐結構具有促進分離效果的作用。通過固定分離器的主直徑與高度、入口尺寸、底流口直徑、側向出口尺寸、排液孔數(shù)量、排液孔尺寸、排液孔中心高度、溢流管直徑、溢流管長度以及旋流腔長度,改變倒錐結構中的內(nèi)錐直徑與內(nèi)錐高度,對模型進行優(yōu)化,得到內(nèi)錐直徑為38mm、內(nèi)錐高度為110mm時,三相旋流分離器的分離效果較好。

以國內(nèi)某海洋平臺上的重力式生產(chǎn)分離器為研究對象,采用rngk-ε模型,對分離器內(nèi)油和水的流動特性進行了數(shù)值模擬分析,得出了不同時刻油相與水相的體積分數(shù)分布規(guī)律。結果表明,混合相入口形式及位置對油相與水相的分離過程存在影響,通過數(shù)值模擬得到了受入口影響區(qū)域的定量結果。模擬結果與理論分析結果相一致,證明采用的數(shù)值模擬方法在油、氣、水三相分離過程中的應用具有一定可行性和可靠性。

利用cfd技術模擬研究了排氣管結構對矩形進口方形旋風分離器的阻力和分離特性的影響機理。其中氣相模型采用雷諾應力湍流模型(rsm),顆粒相采用隨機軌道模型。首先將計算結果與實驗數(shù)據(jù)作對比,表明模型計算結果可靠。結果表明,分離器內(nèi)部排氣管和分離器壁面間的區(qū)域為強旋湍流區(qū),靠近分離器壁面和排氣管壁面的區(qū)域旋流強度較弱。方形的排氣管結構使方形旋風分離器的效率提高而阻力降低。其原因是改變排氣管的結構影響分離器內(nèi)的流動特點和湍動能的分布,從而影響了分離效率和阻力損失。排氣管下方的分離器錐體區(qū)域出現(xiàn)回流,排氣管為圓管時回流的范圍和速度較大,導致小顆粒易于隨氣流向上運動進入排氣管逃逸,使分離效率較小;且排氣管為圓管時分離器內(nèi)的湍流動能也較大,是造成阻力損失較大的原因。合理設計分離器的出口結構以改變分離區(qū)的湍動能分布是減小能量損失的著眼處。

　采用計算流體力學數(shù)值模擬方法研究了管柱式氣水旋流分離器的分離效率及其影響因素。采用標準kε湍流模型對傾斜入口管柱式氣水旋流分離器內(nèi)的連續(xù)相流動進行數(shù)值模擬,得到了分離器內(nèi)連續(xù)相的速度場分布。采用拉格朗日隨機軌道模型對分離器內(nèi)氣泡的運移軌跡進行了模擬,同時計算得到了管柱式氣水分離器的氣泡分離率。模擬結果的分析表明氣泡直徑、分離器長徑比以及入口流速等參數(shù)對管柱式氣水旋流分離器的氣泡分離率均有顯著影響,這一結果為管柱式氣水旋流分離器的工藝設計以及工作參數(shù)的選擇提供了參考依據(jù)。

討論出風口及出風口模型應用,這里提出了一種新的風口簡化模型,結合方形散流器對其出口流場進行了數(shù)值模擬。實驗結果證明,該風口模型比常規(guī)風口模型的模擬結果更接近實際流場。

在rngκ-ε模型的基礎上,對模型常數(shù)和近壁面處理方法加以改進,并將其應用于旋風分離器內(nèi)強旋湍流流動的數(shù)值模擬。將計算結果與rngκ-ε模型、reynolds應力輸運模型(rsm)的計算結果及實驗數(shù)據(jù)進行比較。隨后采用歐拉-拉格朗日模型(湍流模型為rsm)和歐拉-歐拉模型(湍流模型為改進的rngκ-ε模型)分別對旋風分離器內(nèi)的氣、固兩相流動進行計算,考察了旋風分離器內(nèi)顆粒濃度的分布特點。結果表明,改進的rngκ-ε模型和rsm對旋風分離器內(nèi)流場分布的預測結果與實驗結果比較吻合,且前者所需計算時間大大縮短,更適合工業(yè)應用。使用改進的rngκ-ε湍流模型的歐拉-歐拉多相流模型可以重現(xiàn)旋風分離器內(nèi)的氣、固兩相流動特點,并應用于旋風分離器的優(yōu)化設計。

旋流板式分離器內(nèi)件的設計 作者：謝蔚，xiewei 作者單位：湖南安淳高新技術有限公司,湖南,長沙,410015 刊名：化工設計通訊 英文刊名：chemicalengineeringdesigncommunications 年，卷(期)：2006,32(1) 本文鏈接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/periodical_hgsjtx200601016.aspx

利用phoenics數(shù)值模擬軟件,分析不同質量濃度、不同流量、不同工作介質的螺旋分離器螺旋流流場分布、壓力場分布。結果表明:在螺旋分離器螺旋流中,其切向速度占速度優(yōu)勢;隨著流量、聚合物濃度的增加,壓力下降速度也增大;在螺旋分離器內(nèi)部壓力變化并不均勻。該結果可為分離器內(nèi)部的螺旋流動的進一步研究與應用提供參考。

采用rng湍流模型,對內(nèi)置格柵的旋流分離器內(nèi)三維流場進行了數(shù)值模擬,得到了其內(nèi)部壓力、速度、湍流動能、湍流強度等參數(shù)的分布規(guī)律,計算結果對分析旋流分離器固液分離機理以及改進分離器的設計具有一定的指導意義。

利用fluent軟件和雷諾應力模型(rsm)對裝有分流型芯管的導葉式旋風管內(nèi)部三維強旋湍流流動進行了數(shù)值模擬計算,尤其是將入口環(huán)形空間和芯管內(nèi)的氣相流場數(shù)值模擬結果與實驗結果進行了對比。結果表明,數(shù)值模擬值與實驗值吻合較好。部分氣流通過芯管上的細長開縫進入芯管,實現(xiàn)氣體的分流,通過兩股不同方向旋流的相互作用,使得芯管內(nèi)氣流的旋轉速度降低。

為了實現(xiàn)井下氣液高效分離、產(chǎn)出水回注和采氣于一體,開展了新型井下螺旋式氣液分離器的研究。應用計算流體力學方法(cfd)對螺旋式氣液分離器的內(nèi)部流場進行分析,并研究了螺旋圈數(shù)和螺距對螺旋式氣液分離器性能的影響。該結果為井下螺旋式氣液分離的進一步研究提供了參考依據(jù)。

采用通過實測分析得到的機動車綜合排放因子表達式,實現(xiàn)了交通流性態(tài)參數(shù)與cfd仿真系統(tǒng)的聯(lián)接,在此基礎上模擬了不同車流量和平均車速組合下城市斜頂建筑物街道峽谷內(nèi)機動車排放污染物(一氧化碳)的擴散分布。結果表明:(1)在自由來流風速一定時,峽谷內(nèi)的一氧化碳濃度隨平均車速的提高而降低(保持車流量不變),隨車流量的增加而升高(保持平均車速不變);(2)聯(lián)接交通流性態(tài)參數(shù)與cfd仿真系統(tǒng)而開展數(shù)值模擬,可為基于環(huán)境容量和道路交通容量雙約束條件下的交通配流過程提供不同交通流分配方案下的大氣環(huán)境質量評價信息。

借助fluent軟件包,采用rsm模型,對螺旋式旋風分離器內(nèi)氣-固兩相流場進行模擬分析.結果表明:內(nèi)部流場較穩(wěn)定;切向、軸向速度具有類對稱性,在分離區(qū)呈螺線結構特性;壓力損失較小,對粒徑小于5μm的顆粒具有一定的分離能力.

伴隨著油田的進一步開采,井內(nèi)的氣液有效分離變得越來越重要.柱式氣液旋流分離器由于結構簡單和制作成本低而在油田很受歡迎.一個典型氣液旋流分離器被用于數(shù)值模擬計算.基于混合物模型下的三維湍流模型被用來描述分離器內(nèi)混合物流動情況.通過數(shù)值模擬,分析了不同參數(shù)下(分離器長度、出口直徑等)的氣液分離效率.隨著分離器長度增加,氣液分離效率降低;隨著出口直徑的增大,氣液分離效率先提高后降低.矩形入口形狀比圓形入口形狀更適合旋流分離器,氣液分離效率從66.45%提高到79.04%.最后,最佳幾何結構被提出,在最佳結構下氣液分離效率為86.15%.

依據(jù)計算流體動力學(cfd)的計算方法,利用fluent軟件對水力旋流器內(nèi)清水流場進行了三維數(shù)值模擬研究,并將模擬所得的流場與實測結果作對比,證明該軟件模擬效果良好,從而為進一步研究旋流器固—液分離現(xiàn)象提供了一定的指導。

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利用phoenics數(shù)值模擬軟件與piv實驗技術結合方法,分析不同質量濃度、流量、工作介質的螺旋分離器螺旋流流場分布、壓力場分布和渦量分布.結果表明:在螺旋分離器螺旋流中,其切向速度遠大于軸向速度、徑向速度,但徑向速度很小,一般可以忽略;隨著流量、聚合物質量濃度的增加,壓力下降速度也增大;在螺旋分離器內(nèi)部壓力呈階梯狀下降,且壓力變化并不均勻,靠近螺旋入口端的壓力變化小于靠近螺旋出口端的;渦旋并沒有在整個螺旋葉片間的旋轉流道內(nèi)產(chǎn)生,只是產(chǎn)生在貼近葉片上壁和下壁處,即在近壁處更易產(chǎn)生渦旋.該結果可為螺旋分離器內(nèi)部螺旋流流場的研究提供借鑒.

借助計算流體力學軟件fluent,采用rsm模型,對螺旋式旋風分離器內(nèi)的三維強旋流場進行了數(shù)值模擬.通過數(shù)值模擬,分析分離器內(nèi)的速度特性、壓力特性和湍流特性.結果表明,該型旋風分離器內(nèi)流場較為穩(wěn)定,但在螺旋通道的中心區(qū)域流動較為復雜,且局部區(qū)域存在回流和二次流.分析還發(fā)現(xiàn),回流增大了中心區(qū)域的流動阻力,且該型分離器的能量損失主要發(fā)生在中心區(qū)域及壁面處.

利用fluent軟件,采用realizablek-ε模型對不同流速、不同開孔條件下螺旋管內(nèi)部流場進行了數(shù)值模擬分析。入口流速較高時,螺旋管內(nèi)油水界面為向內(nèi)側管壁倒伏的"v"字形,"v"字形內(nèi)側為油相,外側為水相;螺旋管橫截面上流體速度與壓力沿徑向由內(nèi)側管壁向外側管壁逐漸增大。根據(jù)模擬結果提出了螺旋管開孔優(yōu)化設計方法:在高入口流速下,螺旋管外側管壁開孔位置應選擇在螺旋管橫截面水平位置及其上、下一定角度處(同時開孔),從而提高油水分離效率;在保證管內(nèi)壓力為正值的前提下,可考慮在內(nèi)側管壁開孔釋放分離出的油。為降低系統(tǒng)壓損,應盡量降低入口流速。

螺旋管具有結構簡單等優(yōu)點,在石油天然氣領域獲得了廣泛的應用。因實驗研究在對螺旋管的研究方面存在一定的缺陷,使數(shù)值研究方法開始應用于螺旋管的研究。利用cfd方法采用vof模型對螺旋管內(nèi)固定進口速度油水二相流進行數(shù)值模擬,得出螺旋管內(nèi)流場特征:①靠近入口端水相分布較大,沿重力方向分布變化不大,峰值前后出現(xiàn)了油水再混合現(xiàn)象;②入口端湍動能強度最大,油水混合物進入螺旋管后湍動能分布較為均勻;③動壓在入口段急劇下降,而管內(nèi)總壓除在入口突降外沿軸向呈線性遞減;④在入口端外側剪切應力最大,沿管道軸向分布變化不大。為螺旋管技術的改進提供了一定的理論基礎。

氣液兩相流經(jīng)t型管后,兩相介質在各自分支管內(nèi)相態(tài)分布不均,嚴重時支管內(nèi)可能只有氣體,而主管內(nèi)為氣液混合物。借助cfd軟件數(shù)值模擬了不同時刻分支處的流動情況,得到了分支管內(nèi)油氣分離特性。結果表明:油氣流經(jīng)t型分支管時,會在支管處出現(xiàn)氣液分離現(xiàn)象,離分支口越近,分離現(xiàn)象越明顯;當距分支口一定距離時,幾乎沒有分離現(xiàn)象。