底流管结构对旋流分离的影响机理及实验研究

论文摘要

旋流器底流管对水力旋流器的分流比大小、分割粒径的大小等都有较大的影响,是影响旋流器分离性能的重要因素之一。在传统的水力旋流器设计中,除油型水力旋流器的底流管通常为直圆管,而且一般均与大气直接相通。采用这种结构,在分离过程中往往在底流管处形成直线流,不能较好的稳定流场,而且存在分流比较大,分离效率偏低,处理能力不高等问题。针对以上问题,本文通过机理分析、数值模拟及实验研究的方法,对除油型水力旋流器的分离机理及流场特性进行了研究,进而完成对底流管结构的优化。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RNG k-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,对新型底流管结构的除油型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压力分布特性和速度分布特性规律。对不同底流口结构进行优化模拟分析,确定最终的结构形式,从而利用优化后的除油型水力旋流器,实现油-水两相的高效分离。通过对除油型水力旋流器的实验研究,进一步验证了优化后的新型底流管结构的合理性,以及采用数值模拟方法对除油型水力旋流器局部结构进行优化设计的可行性。研究了入口流量、分流比等操作参数对分离效率的影响,并与数值模拟结果进行了对比分析,验证了模拟分析的准确性。本文所进行的工作为进一步研究油水分离器的分离机理、分离特性及进行结构优化设计提供了一定的理论基础和借鉴。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 污水处理及水力旋流器研究进展
• 1.1 油田含油污水处理方法简介
• 1.1.1 含油污水处理的意义
• 1.1.2 含油污水处理的基本方法分类
• 1.2 水力旋流器研究进展
• 1.2.1 水力旋流器的整体结构优化研究进展
• 1.2.2 水力旋流器局部结构优化研究进展
• 1.3 水力旋流器流场理论研究进展
• 1.3.1 理论模型
• 1.3.2 经验模型
• 1.3.3 数值模拟
• 1.3.4 水力旋流器中的特殊现象——短路流及循环流
• 1.4 本论文的研究内容及方法
• 1.5 本章小结
• 第二章 除油型水力旋流器计算模型的选取与建模
• 2.1 基本假设与控制方程
• 2.1.1 基本假设
• 2.1.2 基本控制方程
• 2.2 湍流模型
• 2.2.1 湍流模型的分类及选取
• 2.2.2 雷诺应力模型
• 2.2.3 离散相模型
• 2.3 模型简化及网格划分
• 2.4 本章小结
• 第三章 底流管结构优化的数值模拟分析
• 3.1 物性参数及初始计算条件的确定
• 3.1.1 底流管长度的确定
• 3.1.2 底流管直径的确定
• 3.2 单体旋流器的其他结构参数的确定
• 3.2.1 旋流腔直径和长度的确定
• 3.2.2 锥角的确定
• 3.3 渐扩管形式的新型底流管
• 3.3.1 能耗与分离效率
• 3.3.2 渐扩管形式底流管切向速度对比分析
• 3.3.3 不同截面处轴向速度分布
• 3.3.4 不同截面处径向速度分布
• 3.4 带有螺纹流道新型底流管
• 3.4.1 油相浓度对比
• 3.4.2 螺纹圈数的确定
• 3.4.3 轴向压力分布规律
• 3.4.4 径向压力分布规律
• 3.4.5 切向速度分布规律
• 3.4.6 轴向速度分布规律
• 3.4.7 径向速度分布规律
• 3.5 附有内置顶针的新型底流管
• 3.5.1 常规与内置顶针结构油相浓度分布对比云图
• 3.5.2 不同锥角顶针对比
• 3.6 本章小结
• 第四章 底流管结构优化实验研究
• 4.1 实验目的
• 4.2 实验方案
• 4.3 实验装置简介
• 4.4 实验工艺流程
• 4.5 实验结果分析
• 4.5.1 流量对分离效率的影响
• 4.5.2 分流比对分离效率的影响
• 4.5.3 流量对压力降的影响
• 4.5.4 分流比对压力降和压降比的影响
• 4.6 实验结果与模拟结果对比分析
• 4.6.1 流量对分离效率的影响对比分析
• 4.6.2 分流比对分离效率的影响对比分析
• 4.6.3 流量对底流压力降的影响模拟与实测值对比分析
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 论文摘要