堵塞工况下水力旋流器流场特性及性能分析

为研究水力旋流器在井下出现堵塞问题而产生的流场及性能变化规律,以井下倒锥式水力旋流器为研究对象,采用数值模拟与实验相结合的研究方法,对旋流器在六种不同堵塞工况下的流场特性及分离性能进行深入分析,并提出一种流场不对称性的定量表征方法,明确其在不同堵塞工况下旋流场变化及平均偏移不对称情况。结果表明,在三条紧邻流道堵塞的工况中,切向速度及轴向速度的平均偏移不对称率均产生最大值分别为67.82%和34.99%;相对于无堵塞工况,六种不同堵塞工况的平均压降均有所上升,分离效率均有所下降,其中工况六在四条紧邻流道堵塞的工况中,平均压降最大,分离效率最小。通过实验开展不同工况下的分离性能分析,实验结果与模拟结果的平均误差为1.22%,呈现出较好的一致性,为本文数值模拟方法的准确性提供了验证。

倒锥参数对气举式水力旋流器分离性能的影响

利用单因素试验设计方法,针对气举式水力旋流器倒锥参数,开展不同参数下的性能优化研究。利用数值模拟方法,对不同倒锥高度、注气直径和注气速度下的流场特性及分布规律进行分析。结果表明,当倒锥高度为130 mm、注气直径为1.8 mm、注气速度为3.5 m/s时,分离效率达到最佳,较优化前提高了0.98%。对比倒锥参数优化前后的气举式水力旋流器油核分布形态,优化后油核均在倒锥结构上方形成,促进了旋流器分离性能的提升,验证了倒锥参数优化对气举式水力旋流器的重要性。

结构参数对水力旋流器壁面磨损的影响研究

水力旋流器壁面磨损影响水力旋流器的使用寿命和分级效率,为了解决水力旋流器壁面严重磨损的问题,利用Fluent软件,首先分析了其内部流场和固体颗粒的运动特性,并探究了水力旋流器的结构参数进口形式和底流口直径对其壁面磨损的影响规律。搭建了一套水力旋流器壁面磨损试验装置进行磨损试验,与数值模拟的结果进行比较,验证了仿真模型的准确性和可靠性,为水力旋流器结构优化、防磨措施的提出提供了依据。

水力旋流器流场特征和分级分离性能研究综述

水力旋流器利用颗粒-颗粒或颗粒-流体在旋流流场中运动行为差异实现分级分离过程,被广泛地应用于化工、冶金、矿物加工和环保等行业。在实际运行中,由于操作条件不合理或设备结构条件限制,使颗粒分级或固液分离性能无法满足应用需求,本文分析了水力旋流器的流场特征,并总结了影响旋流器分离性能的关键因素。水力旋流器内部呈现复杂的多相流场,颗粒性质、料液性质、进料条件等操作参数和旋流器的几何结构会影响水力旋流器的分离性能,实际应用中可以通过优化运行条件和旋流器的几何结构,提高旋流器的分级分离性能。

广东某海上平台水力旋流器改造方案探讨

现场调研发现除了稠油井即将投产引起的原油比重上升外,在用的老式旋流管出现了容易断裂,旋流管的污水入口和出油孔容易产生油泥堵塞,旋流管清洗程序繁杂且内部清洗困难等问题,从而严重影响了污水处理效果。从旋流管本身以及相关管线改造,以期实现海上平台污水处理实施降低设备运维成本、提高平台国产化程度、提高污水分离效率。

某铁选厂提高水力旋流器溢流细度技改试验研究

某矿山企业由于采矿方式的变更,原矿性质发生变化,该企业铁选厂原生产工艺条件已不能满足现铁精矿品位对于产品细度的要求。该铁选厂开展了提高水力旋流器分级溢流细度的技改试验,通过调整水力旋流器给矿浓度和沉砂口径等措施,有效提高了水力旋流器溢流细度,铁精矿产品品位也达到了技术指标,技改试验取得了较好的成效。

水力旋流器在中关铁矿尾砂充填中的应用

中关铁矿为地下矿山,采矿方法为阶段空场嗣后充填采矿法。原充填工艺采用全尾砂充填,由于尾砂中细粒级物料占比较大,影响充填体强度,为了提高充填体强度只能增加充填材料使用量,造成了充填作业的成本增加。为提高充填体强度,保证“二步采”采矿安全性,降低充填成本,中关铁矿充填车间在原工艺流程的基础上,通过在立式砂仓的进砂口处增加FX250-GX-B×6旋流器组对尾砂进行分级,提高进入充填砂仓物料的粒度,优化了充填工艺。调试结果表明,在旋流器给料压力为0.09 MPa时可以得到产率较高、粒度较粗的底流尾砂,在给料压力为0.09 MPa的情况下,通过改变充填料浆浓度(最佳为58%)、灰砂比(最佳为1∶4)、充填材料配比(最佳为矿渣微粉:激发粉=55∶45)3个工艺指标,可以提高充填体强度。该设备的成功应用提供了一种通过对尾砂分级、提高底流粒度来提高充填体强度、降低充填材料消耗的可行性办法,在矿山生产中具有推广意义。

充气水力旋流器分级与富集特性的研究

为了获得充气水力旋流器在用以控制大密度有用矿物过磨的进一步研究中其结构及操作参数优化的理论基础，本文采用改进型充气水力旋流器处理了含铜多金属硫化矿物，研究了其结构参数和操作参数对其分级与富集特性的影响。结果表明，溢流口直径、进料压力、充气量、捕收剂用量和起泡剂用量都宜较大，底流口直径宜较小，而溢流管插入深度及处理矿浆浓度均宜适中。

利用井下水力旋流器提高井下清洗效果

在石油钻井中,随着钻井深度的逐渐加深和钻井射流中的固相颗粒含量的不断增多,将会影响钻井射流清洗井底岩屑的效果,导致钻井速度降低,钻头磨损加剧。为此,根据水力旋流器的工作原理、结构和井下空间的适应性,进行了井下水力旋流器室内实验装置的结构设计。最后对它进行了室内实验。实验表明,井下水力旋流器的使用,进入钻头的固相含量降低值在0.9%～1.4%之间。

油田用水力旋流器的不同结构型式及应用

介绍了油田用水力旋流器在油田采出液分离上的工作原理;调研分析了水力旋流器在国内外发展中出现的不同结构型式、适用性和开发应用情况。

新型双溢流水力旋流器分级试验研究

为了解决传统水力分级旋流器结构缺陷导致的短路流污染产品的问题,设计了一种新型双溢流水力旋流器,并搭建了试验平台。试验结果表明,双溢流水力旋流器的结构设计实现了双溢流、产出三种粒度级物料的设计目标,在入料<0.045 mm粒级含量为62.25%的条件下,内溢流产物均<0.045 mm,外溢流产物中<0.045 mm粒级89.23%,底流产物中<0.045 mm粒级25.24%。

基于CFD-DEM耦合的水力旋流器水沙运动三维数值模拟

针对水力旋流器内流场运动复杂、沙粒运动规律难以掌握的问题,运用基于颗粒动力学理论的欧拉-拉格朗日液固多相湍流模型,对水力旋流器内的水沙两相三维流动进行了CFD-DEM耦合数值模拟研究,分析了水力旋流器内单个沙粒的轨迹线、速度和沙粒群的运动规律、分布特性等。模拟结果表明,沙粒粒径越小,沙粒向下运行的距离越短,越容易从下降流中进入到上升流中,越难以分离。粒径为40μm的沙粒,在圆柱体与圆锥体交界面处出现沙粒峰值,分离效果易受影响,而50μm和60μm沙粒在圆锥体部分出现峰值,具有较好的分离效果。通过跟踪单个沙粒和沙粒群的运动可知,沙粒在圆柱体内主要作圆周运动,进入到圆锥体部分,沙粒既有圆周运动,又有明显的进入沉沙口的直线运动。分析大量沙粒个体和群体运动以及群体分布情况能从微观角度了解水力旋流器的分离效率,是水力旋流器性能研究的有效手段。

动态水力旋流器结构参数的优选设计

简要描述了动态水力旋流器的结构组成及工作原理。在深入开展动态水力旋流器的分离机理和性能试验研究的基础上 ,进一步证实了只要合理地优化选取其结构参数 ,即可获得良好的分离效果。重点介绍了动态水力旋流器主要结构参数的优选设计过程 ,通过对油水分离用动、静态水力旋流器进行对比分析 ,进一步证实了动态水力旋流器在油水分离方面存在的优势。其成功研制为今后深入进行分离机理、流场测试及分离性能的研究奠定了基础 。

水力旋流器溢流管结构对微细颗粒分离的影响

针对直径为50 mm的小直径水力旋流器,考察了溢流管插入深度和壁厚以及进口流量对微细物料分离效率的影响,并利用正交分析法得到了溢流管最优的插入深度、壁厚及最适的进口流量。此外,考察了两种套筒式溢流管对水力旋流器分离性能的影响。最后,在最优溢流管结构的基础上,探讨了分流比对分离效率的影响。结果表明:水力旋流器的直筒段具有一定的分离作用;对于微细物料的分离,溢流管采用薄壁且插入深度与水力旋流器直筒段长度相当的设计,有利于提高微细颗粒的分离效率。针对水力旋流器溢流管插入深度与其直径的最佳比例,小直径水力旋流器的比大直径水力旋流器的大,表明它们的分离行为存在着较大的差异。

动态水力旋流器圆管螺旋流场特性研究

对动态水力旋流器圆管螺旋流场结构及形成原理作了简要描述。在深入研究动态水力旋流器分离机理及分离性能的基础上 ,运用圆管螺旋流动方程式进行了动态水力旋流器内部螺旋流动分布理论研究 ,得到旋流器内部流场按强制涡、自由涡、组合涡及螺旋涡的分布特性。同时利用直圆管柱模型 ,模拟计算出了圆管螺旋流的理论分布结果。研究和掌握动态水力旋流器内部流体螺旋流的运动及分布规律 ,为今后深入进行其分离机理、流场测试及分离性能研究打下了一定的基础。

水力旋流器湍流流动的数值模拟

本文采用雷诺应力模型计算了水力旋流器的水相湍流流场,计算结果与实验数据吻合很好。与相关文献中采用修正的κ-ε模型的计算结果比较,本文采用雷诺应力模型的计算结果更接近于实验结果。计算得到了水力旋流器内的流线图、等压线以及零速包络面。

水力旋流器内部流体流动特性PIV实验

为了研究水力旋流器内部流体流动特性,利用激光粒子测速技术(PIV)对双切向入口双锥水力旋流器内部流体流动的全流场进行了测量,利用Tecplot进行了流场显示,切向速度、轴向速度和径向速度提取及涡量计算,并绘制了零轴向速度包络面(LZ-VV)。研究了不同流量条件下,水力旋流器旋流腔中流体的切向速度和径向速度分布特点、上锥段中流体轴向速度分布特点、上锥段中流体局部涡量特征、上锥段中流体零轴向速度包络面(LZVV)的分布特性。结果显示,水力旋流器旋流腔中的流体切向速度呈中心对称的凹抛物线形分布,旋转动量主要集中在器壁和气柱处,径向速度呈不对称的双M形分布,且靠近气柱处的径向速度比器壁处的要大。上锥段中流体的轴向速度呈不规则的M型分布,轴向速度与流量不呈十分一致的关系,而是随着流量的增加,轴向速度有波动。上锥段中径向上的局部涡量呈不规则的双M形分布,靠近旋流腔壁处,负涡量的绝对值较大;零轴向速度包络面(LZVV)为一近似不规则的圆锥面,双切向入口中流体流量和介质黏度影响LZVV面的形状和分布位置。

水力旋流器内部流场及分选过程的研究进展

论述了水力旋流器内部流场特性研究的发展历程及研究现状。详细介绍了数值试验方法在旋流器模型建立、内部流场特性描述、颗粒在其流场中的分离过程以及旋流器结构参数优化设计等方面的应用。在此基础上,提出了今后的研究方向与重点,即对于轴向零速包络面(LZVV)及空气柱的特性仍需进一步研究;在高浓度矿浆中,颗粒形状及颗粒与颗粒、颗粒与流体、颗粒与器壁之间相互作用对分离效率的影响仍是下一个时期的研究重点。

水力旋流器流场的数值模拟研究

用计算流体力学软件FLUENT,采用RSM模型对油水分离用水力旋流器的流场进行了数值模拟。模拟结果表明旋流器流场呈Rankine涡的特点,且与他人实验结果吻合较好,说明该湍流模型和算法是可行的;旋流器上游区内流体紊流现象严重,两侧有循环流存在,这都对两相分离不利,应改进结构以改变这种流动形式;另外还对油-水两相流场进行了研究,初步揭示了液-液两相分离的现象,这都为进一步研究旋流器的结构优化提供了参考。

产出液预分离水力旋流器的机理及试验研究

根据油田生产需要，从试验分析出发，提出了水力旋流器的部分结构参数与操作参数之间的几个重要的关系式，进而研制开发了用于高含水油井产出液预分离的水力旋流器。并通过对其流场特性的分析发现，预分离水力旋流器的溢流口直径加大后，为提高预分离效率，必须将溢流管伸入旋流腔一定长度，同时操作参数也应控制合理。以此为依据试制出样机。油田现场试验证明，含水量在８５％左右的油井产出液经预分离水力旋流器处理后，其溢流含水量完全可达到小于３０％的指标，而底流水中含油也可降至１％左右，基本满足了处理后的水质指标要求，可在油田上推广应用。