低压损管式动态旋流分离器分离性能数值模拟研究

为降低分离过程中压力损失,减少动态旋流分离器的能耗,从旋流和泵送相结合的理念出发,提出了一种低压损管式动态旋流分离器,并构建了低压损起旋叶栅设计模型。采用计算流体动力学数值模拟方法,探讨了不同转速下同向收油和逆向收油型低压损管式动态旋流分离器的分离性能,发现较同向收油型低压损管式动态旋流分离器,逆向收油型可及时排出汇聚在叶栅出口处的高浓度油相,当叶栅转速高于800 r/min时分离效率更高。进一步分析了含油浓度、入口流量等操作参数及分散相密度和分散相粒径等物性参数对逆向收油型低压损管式动态旋流分离器分离效率的影响,结果表明:对于分散油相密度为871 mg/m3、粒径为158μm的含油污水,保持叶栅转速不变(1400 r/min),当入口流体含油浓度小于200000 mg/L、流量小于设计流量的1.8倍时,其分离效率稳定在95.5%以上,当入口流体含油浓度大于200000 mg/L或流量大于设计流量的1.8倍时,随含油浓度和流量的增加,分离效率迅速降低;分散相密度增加、粒径减小,低压损管式动态旋流分离器分离效率均逐渐降低。在此基础上,提出了可分离无量纲数(Se)的概念,并用之定量分析了低压损管式动态旋流分离器在高分离效率下,分散油相密度、油滴粒径以及叶栅转速3个重要参数的耦合关系;通过将其与已有文献实验数据所推算的最佳分离区间进行对比,间接验证了数值模拟结果的可靠性。本研究成果为低压损管式动态旋流分离器的研发提供了参考。

无导叶离心泵蜗壳内低频压力脉动分析

为探究无导叶离心泵蜗壳内低频脉动的产生机理及该低频脉动对蜗壳内各监测点压力脉动的影响,采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术,在与试验结果对比分析验证模型计算精度的基础上,进行3个不同工况下的非定常压力脉动计算,其中湍流模型选用剪切应力输运(Shear stress transport,SST)模型,分析结果表明,蜗壳出口段因流线扭曲会产生一个低频脉动,出口段测点的主频等于该脉动的频率,且该低频脉动会对蜗壳内其余测点产生近乎一致的影响,使各点在该频率下具有相近的压力系数,其值与出口段的流动分离直接相关;各点脉动存在两个明显频率:低频与叶频;蜗壳隔舌附近的横截面上存在因流线扭曲产生的漩涡,其频率即为蜗壳出口段低频脉动的主频,从而证明因流线扭曲产生的漩涡为低频脉动产生的根本原因。