螺杆泵转速对油水旋流分离管流场特性的影响

旋流分离器在井下采油螺杆泵作用下会发生复杂的振动现象,对旋流分离器内部流场造成一定影响。为研究螺杆泵不同转速下旋流分离器内部流场的变化规律,以同井注采工艺中螺杆泵作用下的旋流分离管柱为研究对象,针对振动壁面旋流分离管柱结构及工作特点,基于计算流体动力学方法、计算固体力学方法以及流固耦合理论,建立流固耦合力学模型;利用流固耦合分析方法,对双螺杆泵转动条件下井下旋流分离管柱内速度场、油相分布、涡量及湍动能等流场特性进行分析。分析结果表明:随着螺杆泵转速升高,分离器内切向速度和轴向速度强度逐渐减弱,径向速度的不对称性逐渐加剧,转速的周期性变化还会造成径向速度场分布的偏移;螺杆泵不同转速下旋流分离器内部涡量分布不同,随着转速升高,溢流管以及锥段部分附近相关流场的涡旋明显增强;旋流器溢流口附近油相体积分数会随着螺杆泵转速的升高而减小;不同螺杆泵转动状态下,大颗粒油滴的分布不同。所得结果可为螺杆泵井下旋流分离同井注采系统的设计及螺杆泵的转速设定提供参考。

井下旋流分离管柱的振动特性研究

为研究旋流分离管柱在注入泵和采出泵两螺杆泵抽吸条件下的振动特性,对其进行模态分析和瞬态动力响应分析。结果表明,不同工况下,旋流分离管柱的固有频率有所不同;固定注入泵一端和固定采出泵一端相比,固定采出泵一端各阶固有频率较小;螺杆泵转动引起的激振力和内部流量变化都会导致管柱变形,其中螺杆泵转动对旋流分离管柱变形影响较大;相对于固定采出泵,固定注入泵条件下旋流分离管柱产生的振动位移更大,是旋流分离管柱自身结构和注入泵转速产生更大激振力综合作用导致的结果;控制两个螺杆泵工作状态的时间差,理想情况下可以控制旋流分离管柱的总变形。

单柱单锥型液-液旋流分离管内流场的LDV诊断

应用二维激光多普勒仪(LDV)对一种单柱单锥型液-液旋流分离管内流场进行了测量,考察了流量、溢流比、压力比和气芯等参数对流场的影响。测量结果表明:切向速度分布呈典型的Rankine涡结构,沿轴向衰减很少,表明所用锥角是合适的;因该旋流管的水力直径较大,切向速度的总体水平较低,由此对了离特性带来不利影响。此外,没有观察到切向速度分布的双峰分布现象。轴向速度的总体水平较低,尤其是在锥形管的上游更为明显,这既有助于增加液流在旋流管中的停留时间,改善了离特性,也有利于降低压力损失,改善旋流管的低阻特性;雷诺应力总体上呈近轴与近壁处大,其它区域中小的分布趋势;上游的轴向正应力大于切向正应力,而下游的切向正应力又大于轴向正应力,表明其中湍流的各向异性特性;在所考察的四种工况因素中,以流量的影响范围和程度最大,压力比、溢流比及气芯的影响仅表现在近轴区中。

振动条件下旋流分离管柱流场特性

旋流分离管柱在井下环境中会发生复杂的振动现象,从而对管柱内流场及管柱自身造成影响。为研究振动对旋流分离的影响情况,在振动耦合条件下对井下旋流分离管柱内的流场特性进行了分析。研究发现,3种速度场有明显变化,切向速度和轴向速度峰值减小,径向速度不对称性加剧;溢流管内部涡量和湍流强度分布规则性变差,其中内锥部分涡量强度明显增强,近壁处湍流强度更高值占据的区域分布范围也更多;油水分离效率会随着螺杆泵转速升高而降低,降低程度均达5%以上,但这种影响会随螺杆泵转速的增大而减弱,因此转速引起的激振影响对流场有个最大限度。

高气液比井下气液旋流分离器结构设计与性能分析

针对井下高气液比工况气液高效分离难度大的问题,提出了一种旋流-重力耦合式井下气液分离器结构。结合实验研究、数值模拟及实验设计方法,对气液分离器结构参数进行显著性分析和优化设计,建立显著性结构参数与气液分离效率间的数学关系模型,确立了结构参数的最佳匹配方案。分析了入口流量、压力及气液比对气液分离器性能的影响规律。结果表明,重力沉降与旋流分离的结合设计可以实现高气液比条件下的液相沉积,进而实现气液两相的高效分离。分离器的分离效率随着进液量升高而升高,增幅逐渐趋于平稳。随着气液比增大,分离效率呈现先增加后降低的趋势。得出该气液分离器的最佳进液量为42m^(3)/d,最佳入口压力2MPa,最佳气液比为700∶1,在最佳工况下分离效率为97%,模拟结果与实验结果呈现出较好的一致性。研究结果将为高气液比条件下气液分离装备研发提供新的思路和参考。

固相颗粒对油水分离水力旋流器内油滴运移轨迹的影响

为了分析砂相介质参数对旋流分离器内油滴运移轨迹的影响,基于计算流体动力学法-离散元法耦合计算模型,针对常规双切向入口油水分离水力旋流器,开展不同含砂浓度下的油滴运移轨迹研究。系统分析了不同浓度固相颗粒条件对目标水力旋流器内流场分布特性、油滴运移轨迹和油水分离性能的影响规律。数值模拟结果表明:随着固相颗粒浓度的增加,溢流口的压力不断增大,溢流口流场压差减小,旋流器圆柱段内轴向速度和切向速度均减小,分离效率降低。另外,随着注入的固相颗粒浓度的增加,油滴轨迹出现了不稳定的螺旋上升、螺旋下降和局部循环的运移轨迹特征,同时在流场压力梯度力的作用下,油滴的局部循环轨迹逐渐向底流口方向移动,随着固相颗粒浓度均匀增加,偏移量逐渐加大。

级联式气-液旋流分离器流动特性数值研究

为探究级联式气-液旋流分离器流场特性,了解短路流这一特殊流型对其性能影响,采用雷诺应力模型和离散颗粒模型对气、液两相流动特征进行数值模拟,通过Q准则对涡流特征进行识别。研究结果表明,级联式气-液旋流分离器一级旋流管内流动特性与传统旋流分离器相似,增加二级旋流管使级联式气-液旋流分离器内形成了大量的局部二次涡流。当入口气速为7 m/s时,级联式气-液旋流分离器中一级旋流区内短路流流量高达入口流量的70.28%;增设二级旋流管对改善分离器性能具有重要作用,两级分离后级联式气-液旋流分离器对直径6μm以上的液滴能够实现完全分离。本研究为气-液旋流分离器的结构开发和级联式气-液旋流分离器的应用提供了思路和基础数据。

逆流式双螺旋叶片气液固多相旋流分离特性

针对海洋平台空间的局限性和天然气水合物开采特殊工况,设计了一种结构紧凑、分离效率较高、维护成本低的逆流式双螺旋叶片气液固多相旋流分离器,以期实现海上平台天然气、泥质粉砂和海水多相混流的高效分离。综合高含气、高流量、小粒径等因素耦合作用,建立气液固多相分离湍流数学模型,采用SIMPLE压力-速度耦合算法进行求解,揭示螺距、螺旋叶片头数和螺旋圈数等叶片结构参数对气液固多相旋流分离性能的影响规律;并依据气液固多相旋流分离双螺旋叶片的单因素优化结果,量化分析入口流速、含气体积分数、泥质粉砂粒径等生产参数对气液固多相旋流分离性能的影响程度。研究结果表明:当螺旋叶片的螺距为70 mm、螺旋头数为2且螺旋圈数为3时,逆流式双螺旋叶片气液固多相旋流分离性能最佳;增大入口流速可有效提高分离效率,入口流速达到3.0 m/s时,气、固两相分离效率分别提高至98.6%和83.2%;而含气体积分数由30%增至45%时,气相分离效率由99.4%降至96.5%,且气相出口含气体积分数由81.1%增至91.9%;泥质粉砂的粒径尺寸会影响分离效率,粒径尺寸为70 um时,分离效率可达93.4%。所得结论可为适用于天然气水合物开采的气液固多相分离器的设计和优化提供参考。

同心双锥型高含水油水两相管式旋流分离特性

针对常规切向入口旋流分离器处理高含水采出液效果较差以及分离效率受入口流速影响较大等问题,率先提出中心细锥体和外筒倒锥体的同心双锥型油水两相管式分离构造。综合高含水率、大处理量等因素综合作用,建立油-水两相分离Mixture多相流模型和流场RNG k-ε湍流模型,并采用SIMPLE压力-速度耦合算法对模型进行求解,依据求解结果揭示同心双锥型管式分离腔室内旋流场的动态分布状况,量化分析中心锥角度变化对油水两相管式分离效率的具体影响程度,探究油滴粒径、入口流速等参数对管式旋流分离性能的作用机制。结果表明,随中心锥角度不断增加,同心双锥型管式旋流分离效率呈现先升高再降低的变化趋势,最佳中心锥角度为82°;增大油滴粒径能升高油池聚集性,有利于提升分离性能,当油滴粒径由0.3 mm增至0.6 mm时,分离效率由85.6%提至94.5%;入口流速对分离效率的影响相对较小,当入口流速由5 m·s^(-1)提至11 m·s^(-1),分离效率仅由93.3%升至96.9%,流速相差6 m·s^(-1)时,分离效率仅相差3.5%。

低温碳捕集用切流式旋流分离器数值模拟研究

为了探究双切流入口式旋流分离器在低温二氧化碳捕集应用下的分离性能,采用RNG k-ε湍流模型和DPM模型对DN 25 mm型双切流入口式旋流分离器内气液两相流场进行模拟分析。结果表明:当入口速度大于0.15 m/s时,对1μm以上液滴分离效率高于95%,总分离效率不低于94%;当入口速度大于0.2 m/s时,分离效率可达到98%以上。相关研究结果可为旋流分离器在低温二氧化碳捕集的实际工程应用提供理论依据。

水力旋流分离技术在沉沙池设计中的应用

针对水利工程领域中沉沙池的设计问题,基于水力旋流分离技术,对其在沉沙池中的应用进行了深入研究。首先,从流体动力学基础出发,探讨旋流形成的原理及分离效果的影响因素。接着,对比传统沉沙池的设计方法,明确了旋流技术在提高沉沙效率上的优势。通过参数选择和优化,研究了旋流器的设计要点。最后,展望了水力旋流分离技术的发展趋势和未来应用前景。结果表明,应用此技术可以有效提高沉沙池的设计效率和处理能力。

重力强化式固液旋流分离器性能研究

为了进一步提高固液分离水力旋流器的分离性能,提出了一种重力沉降和旋流技术相结合的重力强化式固液旋流分离器结构。通过计算流体动力和单因素试验相结合的方法,针对固液旋流器不同的操作参数及物性参数,开展不同工况下的内部流场特性及分离性能研究。结果表明:当入口流量为6 m^(3)/h、含砂量为2%、分流比为30%及砂相粒径为500μm时,固液分离效率达到最佳为99.1%;分流比和入口流量两操作参数对于分离性能的影响较大,研究范围内分别改变了12.9%和7.3%,但两者的增加均造成了分离性能的提升;研究范围内砂相粒径和含砂浓度造成分离性能仅为1.3%和2.1%,但其变化过程中对水力旋流器内部流场及介质流动轨迹均产生了影响。数值模拟结果明确了含砂工况下固液旋流器的分离性能,为固液分离器的应用提供理论支撑。

固液旋流分离器流场特性的数值模拟研究

固液旋流式分离装置是一种新型的分选装置,其结构简单,不需要移动部件,安装简单、维护方便,在各行各业都得到广泛的使用。然而,尽管其结构相对简单,但其内部流动异常复杂,即使是最微小的尺度变化都可能对其性能产生显著的影响。另外,在实际的废水治理中,采用固液旋流式分离技术来实现对微小颗粒的分选,是一种非常有效的方法。文章着重介绍利用数值模拟技术对固液旋流分离过程进行数值模拟的研究。在归纳前人研究成果的基础上,确立适用于涡旋式分离器内流场的紊流数学模式与算法。选取75 mm典型旋风分离器作为研究对象,并与前人试验资料进行对比。

利用物理与数值模型对旋流式水砂分离器性能的评估

在市政环境工程领域,旋流式水砂分离器(以下简称分离器)主要用于控制雨水排放过程中的总悬浮固体(TSS)浓度,以减轻排放对自然水体潜在的负面影响.为此研究一种特殊设计的分离器,其主要特征为入口与出口切向连接产生旋流,可增强颗粒的沉降和分离.利用实验模型和数值模拟对该分离器效能进行综合分析,探究其在不同流量条件下对不同粒径颗粒物的去除率,以及分离器尺寸大小对颗粒物去除率的影响.结果表明:在流量为5 L·s^(-1)以上时,对粒径小于200μm的颗粒物,去除率下降显著;对粒径大于200μm的颗粒物,由于其受水流作用较弱,沉降速度较快,去除率相对较高.此外,流量的增加导致流速增大,水停留时间缩短,进而降低了颗粒物的去除率.研究发现,当分离器直径增大至原设计的1.5倍时,颗粒物的去除率最大可提升28%.同时,引入Péclet数评估方法,作为衡量颗粒物去除率的关键指标.该研究结果可为分离器的设计和优化提供参考,有助于提高分离器在实际应用中的性能.

超声速旋流天然气分离器的旋流特性数值模拟

与传统的低温分离工艺相比,超声速旋流天然气分离器是天然气处理工艺技术的一大创新。在超声速旋流天然气分离器中,气流经过拉伐尔喷管绝热膨胀形成带液滴的超声速低温混合气流,在超声速翼的作用下混合气流由轴流转换成旋流,实现超声速旋流分离。超声速翼是实现气液分离的关键部件。设计了三角薄板型超声速翼,并利用CFD软件对超声速翼段内气流温度、压力、马赫数等特性参数的变化规律和翼段沿主流方向切向速度的变化情况进行了分析。结果表明,在所设计的超声速翼段内,气流能始终保持超声速,翼段出口马赫数为1.4,翼前无激波产生;分离器的旋流加速度最高在572000g,可实现良好的超声速气液旋流分离。

气体超声速凝结与旋流分离研究进展

超声速旋流分离技术是天然气加工处理领域的一大技术创新,它将膨胀降温、旋流式气/液分离、再压缩等处理过程集中在密闭紧凑装置中完成。本文总结了超声速旋流分离装置种类、原理及优缺点,并从理论分析、数值模拟、实验和现场应用等方面回顾了易凝气体低温凝结理论和超声速旋流分离技术研究现状和最新进展。大量实验及现场应用均表明超声速旋流分离装置具有结构紧凑轻巧、节能环保、安全可靠等优点,同时该技术的应用不断趋于多元化,从传统的脱水、脱重烃逐渐向脱酸气和天然气液化领域拓展,应用前景广阔,但在应用过程中也存在液滴二次蒸发与能量损失较大等问题。下一步研究工作可以从多组分混合物凝结过程的交互作用机制、凝结液滴的运动特性和碰撞聚并机理等方面入手,在此基础上探索提高凝结效率和降低能量损耗的方法,以促进超声速旋流分离技术多元化的工业应用。

气液旋流器的分离性能

旋流器内气液两相的分离过程是液滴离心沉降和碰撞聚结、破碎的复合过程。对液滴的聚结、破碎机制进行分析,试验验证液相物性、流场强度对液滴聚结、破碎以及旋流器分离性能的影响。结果表明:液相黏度对涡流场中液滴的破碎影响很大,黏度增大分离效率上升;湍流强度是导致旋流场液滴破碎的主动力,当流量达到一定值时,高湍流强度导致液滴破碎,分离效率随流量上升开始急剧下降;液滴聚结、破碎过程对分离器压力降影响不大。

新型管柱式气液旋流分离器

管柱式旋流分离器是一种带有倾斜切向入口及气体、液体出口的垂直管。它依靠旋流离心力实现气、液分离 ,与传统容器式分离器相比 ,具有结构紧凑、重量轻、投资节省等优点 ,是替代传统容器式分离器的新型分离装置。在气液两相旋流分析的基础上 ,建立了预测分离性能的机理模型 ,该模型包括了入口分离模型、漩涡模型、气泡及液滴轨迹模型 ;依据机理模型 ,提出了管柱式旋流分离器工艺设计技术指标和工艺设计步骤 ;计算示例显示分离机理模型是合理的 ,适于工程设计。

超声速旋流天然气分离器研究

超声速旋流分离是天然气处理工艺技术的一大突破。超声速旋流分离器依靠喷管膨胀形成低温超声速流动,依靠超声速翼形成旋流实现水及重烃分离。利用计算流体力学(CFD)技术研究了超声速旋流分离器内的流体物性及流场特性,分析了超声速旋流分离器内温度、压力、速度等特性参数的变化规律,研究了凝析液滴在超声速旋流分离器内的运动轨迹及不同粒径尺寸的液滴在分离器内的停留时间。研究表明,超声速旋流分离器水分及重烃分离效率高,能够替代传统的低温分离工艺。

液－液分离水力旋流器特性参数研究

对自行设计的液－液分离水力旋流器进行了一系列室内试验及现场实验，通过原油与水及机油与水两种油水混合介质的分离，系统地研究了水力旋流器几何参数与运行参数对分离效率的影响，提出了一些合理的关系式。在此基础上设计与制造了直径Ｄ为３８ｍｍ及５２ｍｍ两种样机。现场实验证明，该种水力旋流器的分离效率达到９０％以上，且结构简单，可在低压下运行，成本低，能耗少，完全可用于工程实际。