基于Plackett-Burman设计的微型旋流器结构参数灵敏度分析

为了研究微型旋流器结构参数对油水两相分离效率的影响,采用计算流体动力学分析方法,借助Plackett-Burman试验设计,以微型旋流器结构参数为研究对象,开展结构参数的灵敏度分析优选。针对不同试验组的微型旋流器结构,进行数值模拟和实验验证研究,研究对油水两相分离效率的影响规律。结果表明,结构参数的显著性由高到低的顺序为柱段旋流腔直径>溢流直径>底流管长度>小锥角>柱段旋流腔长度>大锥角>溢流口插入深度。随机选取6#和11#微型旋流器开展室内实验,对数值模拟结果的准确性进行验证,随着含油浓度的增加分离效率呈现逐渐降低的趋势,模拟值和实验值的平均误差为2.83%,呈现出了较好的一致性。

流场转速对旋流分离性能影响研究

应用欧拉-拉格朗日方法,对双锥型液-液分离旋流器内不同入口速度条件下的分离性能进行数值模拟及试验,得出随着旋流场转速的逐渐增大,旋流分离效率逐渐升高。为研究旋流分离过程中不同流场转速对分离性能的影响因素,采用粒子成像测速技术(PIV)对旋流样机内部速度场进行测量试验,并采用高速摄像技术记录了变转速旋流场内离散相分离过程。结果表明:流场转速对旋流分离性能的影响除离心力外,还受到轴向截面上二次衍生涡流数量及分离过程中油核摆动幅度的影响;本文研究的旋流结构内随着流场雷诺数的增加,轴向截面上二次衍生涡流数量逐渐减少。当雷诺数Re≥2.51×10~5时,可以忽略轴向截面上二次衍生涡流对分离性能产生的不利影响;旋流分离过程中流场低转速旋转时油核摆动幅度较大,使离散相分离轨迹发生偏移,使旋流分离性能降低。测量范围内油核摆动最大幅值像素坐标差为100,在t=5.2 s后油核摆动幅值为0,此时可以忽略油核摆动对旋流分离性能的不利影响。

采出液含砂对轴入倒锥式水力旋流器性能的影响

为研究井下旋流器在含砂工况下的应用并得到最佳分离效果,基于计算流体动力学方法,采用雷诺应力模型,以轴入倒锥式水力旋流器为研究对象,开展采出液含砂对旋流器的流场特性及分离性能影响的数值模拟分析,分析了含砂体积分数的变化对旋流器速度场、压力场、浓度场及分离效率的影响并开展了试验验证。研究结果表明:随着含砂体积分数的逐渐增加,旋流器的油水分离效率呈现出先增大后减小的趋势;在含砂体积分数小于1.0%时,分离效率随着含砂体积分数的增加而增大;在含砂体积分数为1.0%时,分离效率达到最大值98.74%;随着含砂体积分数的继续增加,分离效率随之逐渐降低,在含砂体积分数达到7.0%时,旋流器分离效率降低到97.01%。研究结果可为油水分离水力旋流器的现场应用提供参考。