船用立式油水分离器分离性能的数值模拟与分析

摘要

由于受船舶机舱空间条件的限制,目前船舶上实际使用的油水分离装置大多是立式重力分离与聚结分离相结合的油水分离器。由于其处理量小,效率低等因素,使得船舶油水分离器的使用受到限制,因此有必要对其进行研究,以提高设备的处理量和分离效率。
　　 本论文选择CYF-B型船用立式油水分离器为研究的原始对象,并对其各部件的结构进行简化,来建立适合求解器计算的几何模型。首先,用单相的水代替油水的混合相,模拟了安装入口构件、稳流构件以及二者同时存在时分离器内部流场的分布;其次,利用控制变量法和混合相模型,模拟了影响油水分离器分离效率的因素;最后,对分离器的入口构件、稳流构件及出口位置进行了优化,并且通过调整油水分离器的几何模型和网格的划分方法,利用物质输运模型和离散相模型,在拉格朗日坐标系下模拟了油粒在分离器内的运动轨迹。
　　 数值模拟的结果表明:(1)入口构件能够降低分离器内部流场的动能,而稳流构件能够使得整个流场的速度均匀分布,则它们同时应用于分离器时,既能降低流场动能,又能使得流场的速度分布均匀;(2)油水分离效率的影响因素主要有:分离器的处理量、工作温度、油和水的密度差、油粒的直径以及油的粘度等,这些影响因素对分离器分离效率的影响并不是线性的,存在一个使得影响因素和分离效率间配合的恰到好处的最优值;(3)油出口放到分离器的左边后,分离器上半部分内流体的流动变得更加平稳,抑制了流场中的涡流现象。在没有特殊要求的条件下,分离器的入口构件应水平放置。安装双稳流构件时,应使板间距离在24mm左右;(4)油粒在分离器内的运动轨迹是杂乱无章的,分离器内部流场的状况是油粒的运动轨迹最主要的影响因素,对油粒的运动轨迹和在分离器内的停留时间起着决定性的作用。
　　 数值模拟的结果与真实的实验数据相对比,验证明了论文中所建立的油水分离器几何结构和计算模型的正确性,论文的数值模拟结果对油水分离器分离效率的提高和结构的优化有一定的指导意义。