论文题目: 双锥型油水分离器的CFD仿真研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 机械电子工程
作者: 杜红勇
导师: 艾志久
关键词: 油水分离器,仿真,湍流模型,结构优化,油水分离
文献来源: 西南石油学院
发表年度: 2005
论文摘要: 水力旋流器是利用强离心力场来实现有一定密度差且不互溶物系分离的离心沉降设备。目前油田在无动力加工环境中的单井作业无法进行机械脱水处理,一直采用装原油的容器下加煤炭火烧加温、搅拌、沉淀、分解的老方法进行脱水处理。这种方法不但极易引起火灾,而且原油损耗大、劳动强度高、工作效率低,以及对环境造成极大污染。该方法已经不能满足现在油田生产的需要。 水力旋流法是由英国南安普顿大学(Southampton)研究成功的一种具有80年代先进水平的含油污水处理新方法。因为它结构简单、分离效率高、成本低,从它问世之日起,就得到了世界各国的重视。现在,旋流分离已作为重力分离的一项替代技术,成为世界国际油田地面工程中的主体技术和重要装备。 计算流体动力学(简称CFD)是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上的一门新型独立学科。本研究以实验数据为依托,利用CFD方法对描述液体流动的九种湍流模型进行了计算与对比,发现LRR雷诺应力模型的计算精确度要高于其他八种湍流模型。随后利用LRR雷诺应力模型对双锥段水油水器进行了CFD仿真研究,分析了操作参数、溢流管直径、污水含油浓度等对旋流器分离性能的影响,得到了适合于该结构类型水力旋流器的最佳操作参数、污水含油浓度以及溢流管直径等。 目前国内利用CFD方法对油水分离器进行仿真研究及优化的工作才刚刚起步,如何将该方法应用于不同采出液的处理及新型结构的优化设计中是目前各油田所急需解决的问题。本文从基本理论出发,比较系统的阐述了如何对油水分离器进行CFD仿真及其结果处理,并将计算值与实验值做了对比,结果令人满意。同时本文也提出了油水分离器的优化方案及新型结构。有理由相信本研究对致力于研究油水分离的学者和科研人员有较高的理论和实际参考价值。今后它必将会在我国石油工业等部门中得到更广泛的推广和应用。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 概述
1.2 国内外研究现状
1.3 问题的提出
1.4 本文研究的目标和主要内容
1.4.1 研究目标
1.4.2 主要内容
2 计算流体动力学 (CFD)的基本理论
2.1 计算流体动力学概述
2.2 流体动力学控制方程
2.2.1 质量守恒方程
2.2.2 动量守恒方程
2.2.3 能量守恒方程
2.2.4 组分质量守恒方程
3 油水分离的基本理论
3.1 油水分离器的主要特点
3.2 油水分离器的基本结构和工作原理
3.3 油水分离器中液滴破碎机理分析
3.3.1 旋流器中的剪切应力
3.3.2 液滴破碎的原因
3.3.3 旋流器中的湍流分析
3.4 油水分离器的水力学特性
3.4.1 压力降
3.4.2 压降比
3.5 油水分离器的特性参数及其影响因素
3.5.1 分离效率
3.5.2 处理量
3.5.3 分流比
3.5.4 几何参数对水力旋流器性能的影响
3.5.5 操作参数对水力旋流器的影响
4 双锥型油水分离器的 CFD仿真研究
4.1 油水分离器内的湍流模型
4.1.1 旋流器内液体流动的基本特征
4.1.2 湍流的数值模拟方法
4.1.3 主要的湍流模型
4.2 CFD仿真研究
4.2.1 实验用油水分离器的结构简图
4.2.2 现场实验装置及实验数据
4.2.3 在 CFD中模型的建立和网格的划分
4.2.4 边界条件的设置
4.2.5 结果分析
5 操作参数优化
5.1 最佳分流比的选择
5.2 进口压力、流量的优化选择
5.3 其他参数的优化
5.3.1 处理液含油浓度的最优选择
5.3.2 溢流口直径的最优选择
6 油水分离器的结构选型与几何参数优化
6.1 入口形状选择
6.1.1 主要的入口截面形状
6.2 锥段形式和旋流腔的设计和结构优选
6.2.1 旋流器大、小锥段过渡形式的设计
6.2.2 旋流器旋流腔长度的优选
6.3 旋流器结构参数及不同结构的CFD分析
6.3.1 旋流器结构参数的确定
6.3.2 油水分离装置的结构优化
7 结论与建议
参考文献
致谢
发布时间: 2006-01-11
参考文献
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