气—液—固三相旋流分离机理及应用基础研究

论文摘要

本文采用理论分析、数值模拟与实验研究相结合的方法,研究了气-液-固三相旋流分离器的流场特性及分离性能。用数值模拟的方法优选分离器结构参数,并对不同操作参数情况下分离器的分离情况进行了模拟分析,明确了结构参数与操作参数对流场及分离效果的影响,通过实验研究确定分离器的最佳操作参数,并进一步验证了数值模型选择的正确性及结构优选的合理性;完成了脱气除砂一体化装置及其工艺的设计。本文采用计算流体动力学（CFD）方法,利用Fluent软件,首先对分离器的初始模型进行数值模拟,分析了分离器内部的速度分布规律、浓度分布规律以及压力分布规律等流场特性;针对初始模型结构上存在的不足,制定优选方案,对分离器的内锥、排液孔、旋流腔及溢流管结构进行优选模拟分析,确定最终的结构形式。在此基础上,研究分析了处理量、气液体积比及分流比对分离效果的影响。针对优选结构的三相旋流分离器进行实验研究,实现气-液-固三相的高效分离。通过室内实验的进行,了解了入口液流量、气液体积比、分流比等对分离效果的影响情况,并进一步证明了所设计的同步脱气除砂装置的明显效果,以及采用数值模拟方法对分离器进行优选设计的可行性。在模拟和实验的基础上,根据分离器的结构尺寸、处理能力及油田现场的实际需求,对分离器的现场应用技术进行了研究,完成了脱气除砂一体化装置及其工艺的设计,为分离器的油田现场应用奠定了基础。本文所进行的工作为进一步研究三相旋流分离器的分离机理、分离特性及开展结构优选设计提供了一定的理论基础和借鉴,为设计出高效的脱气除砂工艺提供了有益的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 旋流分离技术概述
• 1.3 旋流分离技术的研究进展
• 1.3.1 结构研究进展
• 1.3.2 操作参数及物料性质的研究
• 1.3.3 材料及制造技术研究进展
• 1.3.4 应用技术研究进展
• 1.4 三相旋流分离技术
• 1.5 论文研究目的、内容及意义
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 研究意义
• 第二章 三相旋流分离器优选设计
• 2.1 计算模型的选取
• 2.1.1 几何模型的建立及网格划分
• 2.1.2 求解器的选择
• 2.1.3 湍流模型的选取
• 2.1.4 多相流模型选取
• 2.1.5 物性参数及边界条件
• 2.1.6 求解控制参数设定
• 2.2 模拟参数
• 2.2.1 处理量
• 2.2.2 分流比
• 2.2.3 气液体积比
• 2.2.4 分离效率
• 2.2.5 压力降
• 2.3 三相分离器的结构优选
• 2.3.1 分离器初始模型模拟分析
• 2.3.2 三相旋流分离器结构优选方案
• z'>2.3.3 内锥直径d_z
• z'>2.3.4 内锥高度l_z
• c'>2.3.5 排液孔中心高度h_c
• x'>2.3.6 旋流腔长度l_x
• o'>2.3.7 溢流管直径d_o
• o'>2.3.8 溢流管伸入长度l_o
• 2.3.9 最优结构模型
• 2.4 三相分离器的操作参数研究
• 2.4.1 模拟方案
• i'>2.4.2 处理量Q_i
• gl'>2.4.3 气液体积比R_gl
• o'>2.4.4 溢流分流比F_o
• u'>2.4.5 底流分流比F_u
• 2.5 本章小结
• 第三章 三相旋流分离器实验研究
• 3.1 实验目的
• 3.2 实验方案
• 3.3 实验系统介绍
• 3.3.1 实验介质
• 3.3.2 实验流程
• 3.3.3 实验装置
• 3.4 实验数据分析
• 3.4.1 流量对分离效果的影响
• 3.4.2 溢流分流比对分离效果的影响
• 3.4.3 底流分流比对分离效果的影响
• 3.4.4 气液比对分离效果的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 三相旋流分离器应用基础研究
• 4.1 材料的选择
• 4.2 旋流器的制造
• 4.2.1 旋流器的制造要求
• 4.2.2 旋流器的制造方法
• 4.3 脱气除砂一体化装置及其工艺的设计
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 论文摘要