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旋流分离器流场模拟研究方法优化选择

过程工程学报 2013年第5期13卷 721-727页

作者：陈建磊何利民罗小明魏彦海中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东青岛266580 中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司北京100085

对旋流分离器流场计算流体力学研究中的湍流模型、网格划分方案、控制方程离散格式及计算步骤等内容的选择进行了分析.通过与流场测量数据进行对比,指出雷诺应力模型比RNG k-ε模型更能表征分离器切向速度场的组合涡特征;非结构六面体... 详细信息

对旋流分离器流场计算流体力学研究中的湍流模型、网格划分方案、控制方程离散格式及计算步骤等内容的选择进行了分析.通过与流场测量数据进行对比,指出雷诺应力模型比RNG k-ε模型更能表征分离器切向速度场的组合涡特征;非结构六面体网格划分方案的预测结果更精确;二阶迎风格式的模拟精度并不一定比QUICK格式的模拟精度差,在分离器结构设计及网格划分较复杂的情况下,推荐使用二阶迎风格式;在PISO算法的非稳态计算条件下,收敛残差量级可达10-6以上.优选的流场模拟研究方法可用于分离器流场分析及指导分离器工程设计.

关键词：旋流分离器数值模拟湍流模型流场

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井下微型气液旋流分离器优化设计与性能分析

化工学报 2023年第8期74卷 3394-3406页

作者：邢雷苗春雨蒋明虎赵立新李新亚东北石油大学机械科学与工程学院黑龙江大庆163318 大庆油田博士后科研工作站黑龙江大庆163318 黑龙江省石油石化多相介质处理及污染防治重点实验室黑龙江大庆163318

针对采油井筒内产出液含气对油田同井注采开发模式的不利影响,基于旋流分离原理提出一种井下微型气液旋流分离器结构。借助Plackett-Burman设计、最陡爬坡设计与响应曲面设计结合计算流体动力学方法,对井下微型气液旋流分离器结构参数... 详细信息

针对采油井筒内产出液含气对油田同井注采开发模式的不利影响,基于旋流分离原理提出一种井下微型气液旋流分离器结构。借助Plackett-Burman设计、最陡爬坡设计与响应曲面设计结合计算流体动力学方法,对井下微型气液旋流分离器结构参数进行显著分析及优化设计,构建了显著性结构参数与分离效率间的二次多项式数学关系。系统分析了入口进液量、分流比及气相体积分数对气液分离性能的影响规律。构建室内微型气液旋流分离性能测试系统,对数值模拟结果的准确性及优化结果的高效性进行了验证性试验。试验结果表明优化后的微型气液旋流分离器结构可使液相效率由优化前的84.10%提高到87.22%。获得了微型气液旋流分离器最佳溢流分流比为6%,最佳入口流量为13.77 L/h,最适用的气相体积分数为5.5%,最佳工况下气液平均分离效率为99.66%。为了指导分离器在不同含气量条件下的最佳运行参数调控,构建了气相体积分数及溢流分流比与分离效率间的数学关系模型,获得了不同气相体积分数条件下的最佳分流比。

关键词：计算流体力学气液两相流数值模拟气液分离旋流分离器结构优化分离效率

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液压油箱用固液旋流分离器分离效率影响规律

机械工程学报 2021年第24期57卷 102-113页

作者：张晋尹文龙程昱杰杨起帆李莹祝毅燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室秦皇岛066004 先进制造成形技术及装备国家地方联合工程研究中心秦皇岛066004 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027

颗粒物污染是影响移动装备液压元件及系统性能的主要原因之一,液压油箱考虑去除杂质功能会增加其设计容积,不利于液压系统轻量化设计。应用离心分离的原理,使不同密度的介质在高速旋转的流场中进行分级筛选,可快速去除液压油中大颗粒污... 详细信息

颗粒物污染是影响移动装备液压元件及系统性能的主要原因之一,液压油箱考虑去除杂质功能会增加其设计容积,不利于液压系统轻量化设计。应用离心分离的原理,使不同密度的介质在高速旋转的流场中进行分级筛选,可快速去除液压油中大颗粒污染物,提高液压系统可靠性,提升过滤器使用寿命。由于旋流分离器中流场的流动形式复杂,预测旋流分离器内部的流场特性、颗粒运动轨迹十分困难。因此,研究旋流分离器流场流动规律和污染物旋流分离机理,可以为液压系统污染物分离和去除提供理论基础。针对固液旋流分离器的流场分布规律和污染物分离效率的影响规律展开研究。根据旋流分离理论设计了固液旋流分离器结构,分析旋流分离器不同直径和长度下,固液旋流分离器轴向速度、切向速度的分布规律,通过粒子图像测速法对仿真结果进行试验验证,得到结构参数对分离效率的影响规律。结果表明,当中心的轴向速度为负值、壁面附近的轴向速度为正值时,切向速度越大,越有利于分离液压油中的颗粒。该研究结果可对液压油箱用固液旋流分离器的结构设计提供理论指导。

关键词：旋流分离器速度分布污染物颗粒有限元分析

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柱状旋流分离器零轴速面分布特性模拟分析

化工学报 2013年第9期64卷 3241-3249页

作者：陈建磊何利民罗小明王鑫王立满杨东海中国石油大学储运与建筑工程学院山东青岛266580

采用雷诺应力模型对柱状旋流分离器气相流场中的零轴速包络面分布进行了数值模拟分析,考察了旋流不稳定性、流速以及结构参数变化对其分布的影响。指出由于分离器旋转流动不稳定性的固有存在,零轴速边界在整个分离空间会呈非轴对称的扭... 详细信息

采用雷诺应力模型对柱状旋流分离器气相流场中的零轴速包络面分布进行了数值模拟分析,考察了旋流不稳定性、流速以及结构参数变化对其分布的影响。指出由于分离器旋转流动不稳定性的固有存在,零轴速边界在整个分离空间会呈非轴对称的扭曲状态;在研究速度范围内,流场处于自模化区,分离器运动相似,入口速度变化对零轴速边界的分布影响不大;升气管直径与入口面积对升气管入口区域的零轴速边界分布影响较大,随升气管直径的减小和入口面积的增大,零轴速边界逐渐收缩。远离升气管入口区域,升气管直径与入口面积的影响减弱,零轴速边界宽度逐渐增大,并趋于一致;使流场趋于稳定的升气管直径与入口面积,截面零轴速边界会保持较好的圆度。

关键词：旋流分离器轴向速度零轴速包络面数值模拟

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新型超声速旋流分离器设计及数值模拟

中国石油大学学报（自然科学版） 2010年第4期34卷 119-122,126页

作者：文闯曹学文吴梁红中国石油大学储运与建筑工程学院山东青岛266555

设计一种静态导向叶片安装在拉伐尔喷管之前，使流体经旋流后再进入拉伐尔喷管进行膨胀降温的新型超声速旋流分离器。新型超声速旋流分离器中气流的旋转发生在亚声速段，使得分离器内的激波更容易控制，降低能量损失，使液滴的再蒸发影... 详细信息

设计一种静态导向叶片安装在拉伐尔喷管之前，使流体经旋流后再进入拉伐尔喷管进行膨胀降温的新型超声速旋流分离器。新型超声速旋流分离器中气流的旋转发生在亚声速段，使得分离器内的激波更容易控制，降低能量损失，使液滴的再蒸发影响程度减小，从而提高分离器的分离性能及压力恢复能力。对新型超声速旋流分离器内流体的流动规律进行数值模拟研究。结果表明：随着升压比的增大，激波位置由扩压器向喷管方向移动，升压比控制在40％-73％内，超声速旋流分离器可正常工作；气流在拉伐尔喷管出口处形成低温、低压区，马赫数达到2．0，静温达-98．82℃，静压达82．945kPa；新型分离器内旋流场离心加速度可达243558g（g为重力加速度），能够实现良好的超声速气液旋流分离。

关键词：超声速旋流分离器升压比激波数值模拟

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油气旋流分离器的模型试验研究

工程热物理学报 2007年第2期28卷 244-246页

作者：傅苏红刘进立曹广军总后油料研究所北京102300 清华大学热能工程系北京100084

为研究输油管线清管扫线时,油气旋流分离器的工作状况,建立油气旋流分离器模型,试验了进口气速、气量、环境温度、柴油含量(油气比)、雾化油滴直径对分离效率的影响以及汽油的动蒸发现象．试验表明,进口气体流速和气量越大,进口油雾直... 详细信息

为研究输油管线清管扫线时,油气旋流分离器的工作状况,建立油气旋流分离器模型,试验了进口气速、气量、环境温度、柴油含量(油气比)、雾化油滴直径对分离效率的影响以及汽油的动蒸发现象．试验表明,进口气体流速和气量越大,进口油雾直径越小,温度越高,分离效果就越差；分离器入口气速越大,温度越高,动蒸发量也随之增加．

关键词：气液分离旋流分离器模型试验

振动条件下旋流分离器内螺旋流的流固耦合研究

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中国石油大学学报（自然科学版） 2017年第6期41卷 140-147页

作者：徐艳张彦月徐德奎袁粼李森王尊策东北石油大学机械科学与工程学院黑龙江大庆163318 大庆油田有限责任公司采油工程研究院黑龙江大庆163453

旋流分离器工作时受到外部流体的影响会产生振动,从而影响内部流场分布规律。为研究振动条件下旋流分离器内螺旋流的流固耦合作用,建立振动条件下旋流分离器的双向流固耦合模型,对同种激振频率下不同激振力的流固耦合作用进行数值模拟... 详细信息

旋流分离器工作时受到外部流体的影响会产生振动,从而影响内部流场分布规律。为研究振动条件下旋流分离器内螺旋流的流固耦合作用,建立振动条件下旋流分离器的双向流固耦合模型,对同种激振频率下不同激振力的流固耦合作用进行数值模拟。结果表明:螺旋流场随着结构一起运动,而结构的运动引起了流场结构的偏移;周期振动下的流场径向速度变大,并随激振力的增大而增加;周期性激振力影响了切向速度的对称性,并使轴向速度近轴区域速度变大;不同截面的结构运动轨迹呈"O"型,振动形态呈抛物线状。

关键词：旋流分离器流固耦合周期振动螺旋流场

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新型旋流分离器内固液两相流的数值模拟

农业工程学报 2006年第2期22卷 98-102页

作者：吴春笃张伟黄勇强张波江苏大学生物与环境工程学院镇江212013 江苏大学机械工程学院镇江212013

旋流分离技术在水体中消减固体污染物质的应用是一项新兴的污染控制技术,通过对传统旋流器进行改进设计的旋流分离器体积小,安装便利,可用于城市污水处理。文章通过利用CFD软件FLUENT对其进行数值模拟,其中湍流相采用带旋流修正的K-ε模... 详细信息

旋流分离技术在水体中消减固体污染物质的应用是一项新兴的污染控制技术,通过对传统旋流器进行改进设计的旋流分离器体积小,安装便利,可用于城市污水处理。文章通过利用CFD软件FLUENT对其进行数值模拟,其中湍流相采用带旋流修正的K-ε模型,离散颗粒相采用DPM模型,通过数值模拟可知该旋流分离器内部三维流场的动、静压力分布以及切向、轴向和径向速度场分布云图,并且计算出该新型旋流分离器虽然没有明显的分级作用,但其分离效率高达66%。并在此基础上,提出了该新型旋流分离器的部分设计要点。

关键词：旋流分离器污水处理数值模拟

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柱状旋流分离器旋转涡核边界分布特性

中国石油大学学报（自然科学版） 2013年第4期37卷 145-150页

作者：陈建磊何利民罗小明吕宇玲韩梦媛杨东海中国石油大学储运与建筑工程学院山东青岛266580 胜利勘察设计研究院山东东营257026

采用微分雷诺应力模型对柱状旋流分离器气体单相流场中的旋转涡核边界分布特性进行数值模拟,阐述涡核的衰减形态,考察升气管直径、入口面积以及筒体长度变化对旋转涡核边界分布的影响。结果表明:零轴速包络边界与旋转涡核边界分属不同面... 详细信息

采用微分雷诺应力模型对柱状旋流分离器气体单相流场中的旋转涡核边界分布特性进行数值模拟,阐述涡核的衰减形态,考察升气管直径、入口面积以及筒体长度变化对旋转涡核边界分布的影响。结果表明:零轴速包络边界与旋转涡核边界分属不同面,二者分布于升气管投影面的两侧;旋转涡核在分离器中的自然终止形态是涡核尾端弯曲终止于壁面,并沿壁面做圆周运动;涡核边界宽度随升气管直径的减小、入口面积的增大而减小;当筒体较短时,在较大跨度的升气管直径分布内,涡核边界沿轴向近似成柱状分布。筒体长度增加会使切向速度沿轴向产生衰减,涡核边界在升气管入口区域向外扩张,沿轴向向下逐渐收缩。

关键词：旋流分离器切向速度零轴速包络面涡核数值模拟