大錐角對井下油水分離水力旋流器性能的影響

用水旋流器是利用油、油兩相液體密度差和離心作用實現水、油分離的裝置。隨著對旋轉流器分離機制的研究，對整個流場的形成和大錐形分離的影響引起了人們的注意。當使用流量旋流器進行井油分離時，井運行空間限制了流量旋流器的徑向結構，不利于分離，因此，大錐形的處理量也降低。大柱角作為流量旋轉器的重要結構參數，其變化的業務分布、動量矩和分離效率對大柱角的變化密切相關。對于標準脫油水流量流量流量流量流量裝置的結構，大柱角為20，小柱角為1.5。根據實驗的結果，大柱角應為25。28.fluent軟件。我計劃模擬水旋轉器的大柱段。從大柱角中選擇不同的角度，在不同的角度上調整大柱角，并確定地下水旋轉器的最佳角度值。1模型和數值法1.1水的動力黏度水的密度ρw為9.982×102kg/m3,水的動力黏度μw為3.003mPa·s;油的密度ρo為8.89×102kg/m3,油的動力黏度μo為3.06×103mPa·s.1.2溢流前充放電場建模選用典型的雙錐體液-液水力旋流器,只改變大錐角α,對旋流器的切向速度、軸向速度、壓力降以及油相體積分數進行數值模擬.大錐角分別取為25°,26°,27°,28°.旋流器主直徑為28mm,小錐角為1.5°.分析時選取與旋流器頂部距離Z為0.086m處的截面.將溢流嘴所形成的體從旋流器中去掉,簡化水力旋流器結構,同時將入口簡化為環形截面,為減少計算網格數量,將對流場影響較小的尾管段忽略不計.采用貼體坐標劃分網格,分區域生成非結構化網格,使網格分布與計算域的幾何形狀一致,以捕捉邊界特征.基于有限體積法,將控制方程轉換為可以用數值方法求解的代數方程;方程的離散對對流項采用二階迎風差分格式,擴散項采用中心差分格式;壓力-速度耦合采用SIMPLE算法,壓力插值為PRESTO!格式.旋流器模型的網格劃分見圖1.1.3/43/2i/2i/2i/0.清水河3/4.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3微生物流體循環方程.3.2.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3(1)入口邊界:油水兩相流體均勻混合,垂直邊界流入.入口速度vi=qi/Ai,入口處湍動能Ki=(0.12vi)2,入口處湍動能耗散率εi=C3/4μμ3/4K3/2i/(0.007De).其中,Cμ=0.09為經驗常數,qi為入口流量,Ai為入口截面積,De為入口當量直徑,與Ai相關.(2)溢流出口邊界:溢流速度vo=4qo/(πd2o),溢流口湍動能Ko=(0.12vo)2,溢流口湍動能耗散率εo=C3/4μμ3/4K3/2i/(0.007do).其中,do溢流口直徑,qo溢流口流量.(3)底流出口邊界:按照湍流流動充分發展處理.(4)固壁邊界:按無滑移邊界條件處理.2其他旋流器應力模型雷諾應力模型適合于水力旋流器的流場分析,且雷諾應力輸運方程中的對流項和產生項可以隨流線曲率的旋轉而自動調節,具有更強的描述復雜湍流的能力.為改善旋流器中強旋湍流的預報結果,采用基于各向異性湍流的代數應力模型或雷諾應力模型.3結果分析選用入口流量為4m3/h的水力旋流器,入口處油相體積分數為2%.3.1大錐角+近地層分區不同大錐角時水力旋流器的切向速度分布曲線見圖2.由圖2可知,從邊界開始,隨半徑的減少速度逐漸增大,到達最大切向速度點后,切向速度逐漸減小,直至中心點處切向速度值為0.以最大切向速度點為界,速度分布分為外渦流區與內渦流區.隨著大錐角的增大,最大切向速度也逐漸增大,大錐段的旋流強度越強,流場變得更加不穩定;油滴所受的切向力也增大,直到油滴破碎成穩定的小油滴,從而提高旋流器的分離效率.在內渦流區,當大錐角為26°時,最大切向速度最靠近中心點;在外渦流區,當大錐角為26°時,切向速度沿徑向的速度梯度變化不大,降低液滴的剪切破碎,并且在外渦流區切向速度最小,從而有利于提高分離效率.3.2大錐角軸向速度分布不同大錐角時旋流器軸向速度矢量分布見圖3.由圖3可以看出,旋流器具有明顯的零軸向速度包絡面(LZVV),雙錐體液-液水力旋流器是一個柱錐聯合面,并以該包絡面界將流場分成內、外旋流區.在內旋流區的軸向速度指向溢流口,隨著半徑的減小,軸向速度增大,在中心線附近達到最大;在外旋流區,旋流器器壁附近流體的軸向速度達到最大,隨著半徑減小,軸向速度亦減小.旋流器內部流場的軸對稱性較好,紊流現象不明顯.不同大錐角時水力旋流器的軸向速度分布曲線見圖4.由圖4可以看出,隨著大錐角的增大,內渦流區軸向速度基本相同;在外渦流區軸向速度減小,并且對應的LZVV內的軸向速度略有提高,液體受到的反力增大,更容易向中心移動,軸向速度在軸心附近有所增大,其它區域保持不變.矢量分布3.3大錐角為26時混合介質不同大錐角時的油相體積分數分布曲線見圖5.由圖5可以看出,當大錐角為26°時,截面處混合介質中油相體積分數達到80%,在壁面處幾乎為0,說明軸心處油相體積分數較高,分離效果較好.3.4大錐角的影響不同大錐角時水力旋流器的壓力降與分離效率的關系見表1.由表1可見,隨著大錐角的逐漸增大,壓力降也隨之增加,在大錐角為26°時旋流器的分離效率最高.實驗驗證結果表明,當水力旋流器主直徑為28mm,小錐角為1.5°,大錐角為26°時,井下油水旋流器的分離效率最高,可達到95.