涡流板式动态水力旋流器的性能研究

摘要

如何对油田采出水进行污水除油、除砂处理，并把处理后的这部分污水作为生产用水回注到地下，已成为油田环境保护和节约水资源的重要途径和手段。离心机和水力旋流器，以其独特的分离原理和结构在这方面的应用中显现出了优越的性能，并越来越受到人们的重视，但也暴露出各自的一些不足之处。因此，把两者优点有机结合在一起，研究出一种新的分离装置具有重要的研究价值和广阔的应用前景。 本文针对水力旋流器和离心机各自的优缺点，提出了一种新的离心分离装置——涡流板式动态水力旋流器。它除具有离心机压力损失小、处理量大；静态水力旋流器震动小，不易堵塞容易卸料等特点，还具有自吸供液的优点。本文通过实验研究和数值模拟对其性能和能耗进行了研究。在建立了样机实验平台的基础上，对涡流板式水力旋流器的内部压力场进行了测试，得到了在自吸供液和泵供液两种情况下各处的压力损失与电机转速、分流比和进口流量之间的关系，并通过正交实验分析得到影响压降的最主要因素为电机转速。 文中结合实际情况，在自吸供液和泵供液的条件下，对实验样机分别进行了水砂和油水分离性能的实验研究。在水砂实验中得到了溢流浓度和分离效率与电机转速、分流比和进口流量之间的关系曲线；在不同粒径混合液和混合液增粘的情况下，对分离效率的变化情况进行了研究，并得到了溢流口排出物料的粒度分布。在油水分离实验中得到了分离效率与电机转速和分流比之间的关系。结果表明，即使在增粘的情况下实验机对水砂也有较高的分离效率，能分离很小粒径的混合液，而对油水混合液的分离效率却很低。通过正交分析，得到影响水砂分离效率的主要因素是电机频率。 本文应用FLUENT软件，基于修正的k-ε模型，对实验样机进行数值模拟，得到了它内部流场的速度分布、压力分布和湍能分布情况，并把模拟的压力分布结果与实验测得的结果进行对比，结果吻合较好。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1问题研究背景

1.2两相混合液分离方法

1.2.1液-液分离方法

1.2.2固-液分离方法

1.3离心分离设备

1.3.1离心机

1.3.2旋流器

1.4本文研究的主要内容及应用价值

1.4.1论文主要内容

1.4.2论文的理论意义及应用价值

2涡流板式动态水力旋流器的结构特点

2.1离心机和水力旋流器的优缺点

2.1.1离心机

2.1.2水力旋流器

2.2涡流板式动态水力旋流器的结构选型思路

2.3涡流板式动态水力旋流器的结构

2.3.1涡流板叶轮部分

2.3.2静态旋流部分

2.3.3溢流管部分

2.3.4密封部分

2.4本章小结

3实验平台建立和实验准备

3.1实验装置建立及工艺流程

3.1.1实验系统

3.1.2实验工艺流程

3.2主要实验设备及仪器

3.3实验准备及实验物料

3.3.1油水实验前准备

3.3.2水砂实验前准备

3.4中间计算及效率公式

3.4.1油水实验计算公式

3.4.2水砂实验计算公式

3.5本章小结

4分离性能实验

4.1水砂分离实验研究

4.1.1水砂分离实验方法

4.1.2自吸供液方式分离实验

4.1.3泵供液方式分离实验

4.1.4增粘分离实验

4.1.5分离效率影响因素关系

4.2油水分离实验研究

4.1.1油水分离实验方法

4.1.2油水分离实验结果

4.3本章小结

5内部流场特征实验

5.1自吸供液方式实验

5.2泵供液方式实验

5.2.1压力损失与流量之间的关系

5.2.2分流比与流场压力损失之间的关系

5.2.3电机频率与流场压力损失之间的关系

5.2.4压力损失影响因素关系

5.3本章小结

6涡流板式动态水力旋流器流场数值模拟

6.1数值计算模型

6.1.1基本方程

6.1.2 RNG k-e模型

6.1.3壁面函数法

6.1.4湍动能方程与耗散率方程中k和ε的计算式

6.1.5 SIMPLE算法

6.1.6 MRF模型

6.2整机模型建立

6.2.1网格划分

6.2.2边界条件确定

6.3整机模拟结果

6.3.1流体轨迹

6.3.2叶轮部分的流场

6.3.3各截面上的速度分布

6.3.4压力分布

6.3.4湍动能及其耗散

6.4模拟结果与实验结果对比

6.5本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢