除油型水力旋流分离器内部流场的数值计算.pdf

大连理工大学
硕士学位论文
除油型水力旋流分离器内部流场的数值计算
姓名:李振国
申请学位级别:硕士
专业:化学工程
指导教师:赵宗昌
20020301
摘要尽管水力旋流器的结构简单,但是由于其内部流动为强旋转的湍流流动,使常用的湍流模型不再适用。因此,本文采用各向异性弧昴P图癝器内流场及压力降进行了数值模拟,分别考察了溢流比、进料流量及溢流管几何尺寸等对压力降的影响,并把得到的数值计算结果与实验值比较,证明本文的另外,本文用颗粒轨道模型计算了进入水力旋流器的油漓颗粒运动轨迹,在此基础上,得出了水力旋流器的分离效率曲线。并考察了油滴直径、进料流量及溢流比的变化对分离效率的影响。关键词:水力旋流器;湍流模型:分离效率;数值计算;压力降算法对水力旋流计算结果是可以接受的。狪—
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言本文采用修正的猠模型——各向异性猠模型模拟了水力旋流器内的流速旋转所产生的剪切力及湍流脉动会造成分散相液滴的破碎,这就限制了流体的入口速度不能太高,因而也就限制了离一Τ〉慕徊郊忧俊R虼耍档土场的湍动程度,减小剪切应力,增加流体在旋流器中的停留时间无疑是提高油很强的湍流各向异性,这一湍流各向异性使得常用得猠模型不再适用。水力旋流器是利用流体在旋转腔内高速旋转所产生的强离心力场来实现有与传统的分离设备相比,水力旋流器具有体积小、重量轻、结构简单、分离效率高、无运动部件、安装维修方便、成本低等优点。度差,因此在同样条件下,分散相所受到的离心推动力就小得多。魈宓母水分离效率的重要措施,这就需要对旋流器的结构做进一步的研究与改进。流体力学是分析水力旋流器内部流体流动的有效的研究手段。通过求解流体内部的流动状况,找出影响分离效率的主要因素,节省进行真实的物理实验所花费的人力物力。由于水力旋流器内部流动是强旋转流动,在其中各点均表现动,数值计算结果表明,这一模型可以较好地反映水力旋流器的强旋转流动的特点,得到的速度分量、压力值与实验值符合较好。并以此为基础,采用两相流理论,用颗粒轨道模型计算了进入水力旋流器的不同直径油滴在水力旋流器一定密度差且不互溶物系分离的离心沉降设备。对油水体,旋流器分离性能不高的主要原因是:退芏炔钤缎∮谝汗堂力学的基本方程,模拟水力旋流器内部的流动,可以较全面地反映水力旋流器内的运动状态。除油型水力旋流分离器内部流场的数值计算
睦垄型杰垄壁亟坌塑壁由塑亟堑箜塑堡丛曼——南鬃凼零鸯旋流器戆结构类墼概述一一气旋流分离,嚣渡一液旋滚分离只是溪外近一、二十年才出瑷的。毽英强人一矿工业中获褥应用,后来又逐渐应用于化学工业、石油工业、轻工、环保、食品、医药、纺织等许多工业部门之中。常见的旋流分离是固一液旋流分离和固瓸“锰岢隽艘阂灰盒掷肱尚械镊悖徊还剐蠡宥嗄烟獯待解决,这反映了其分离过程的复杂性。瓸在关于水力旋流器的经典著作中指出了在传统的水力旋流器内不能分离油水混合物的两个原因:~是油水掰耀系统密度麓遮毒予气一溜或滚一国嚣秘系统兹密度差;二是承力旋漆器蠹部流场存在的翦切力使得分散相液滴发生破碎。英国笱Щ倒柬满足目盏迫切的采出水处理的需要,并避免海水污染,重新对液一泼疑流除了新型水力旋流器的实验情况。经过几年的努力,第一台液一液旋流除油器于年在海洋平台上试验成功,年开始商业销售。多独特的改进,使水力旋流器的结构型式日趋多样化,甚至出现了一些工作原琏与传统旋漉嚣的分离理论模式摆差甚远麴薪型水力旋流器,以满足菜些特定典型的常舰水力旋流器的器壁为柱锥形筒体结构,即上段为圆柱简体,下段为圆锥简体,戴柱段与锥段之间有一定的尺寸比例。在水力旋流器技术的发展中,出理了具蠢诲多器壁终掏尺寸毙锲的旋滚器,可分为长锥形、短锥形、长柱形、短柱形以及全柱形。水力旋流器的进料管结构包括横截面形状、纵截面形状以及与旋流器顶部柱承力涎滚嚣懿基本嚣爨器基疆设诗静獾密有一百多年了。最拐在选矿窝采酒器产生了兴趱。年筹在第一屠匿际承力旋流器会议上报道为了提高水力旋流器的性能,多年来人们对水力旋流器的结构型式进行了许约分离要求。糕系教授晖。鉴于海上油田急需处理量大、占地少的油水分离设备
在实际应用中,也有一螺旋流器的进料管横截面为矩形,其矩形长边与旋流器辙心线平芎亍,短逮戴与辜囊心线壤壹。其有这季孛簸形横截面豹进黼管能往遂辩口秀条乎括线餍围戏熬不牧绩形遥道。僵在实际疲溺中,宅有许多承力旋流器采用具有收缩形纵截颟的遴料管。在同样的泵送情况下,具有收缩形纵裁面的进科管可使流体在迸料口处加速,以增强旋流器内的离心力强度,提高分离效率。口处流体的扰动和湍动,而且由于流体的转向损失和涡流损失等而引趣较大的两部隘力,所良这种迸牵尊管弓鸬腻嗔喜课痪植磕芰亢乃鸾洗蟆S谑牵邢进料等形式。云锡公司曾进行过对比实验,以脱除竽嗉扑悖菪避科管的水力旋流器效率最高