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探讨分离旋流器内部流场数值仿真如何写论文
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摘要:水力旋流器因其结构简单、操作方便、分离效率高和无转动部件等优点广泛用于石油企业。对部分结构尺寸等单因素对旋流器的影响探讨目前较为成熟,且提出了几点论述与模型。但由于其内部流场复杂,目前仍有许多不足有待探究,如旋流器锥段长度对旋流器流场及分离性能的影响,对于诸多结构尺寸多因素协同意义时对分离器的影响,也没有见到相关报道。在详细分析了目前广泛利用的三种旋流器结构形式及用于油水分离特征的基础上,确定了此次数值模拟探讨对象的结构形式,且论述分析了流体在其内、外旋流的轴向、径向、切向速度分布速度特征极为对油滴分离的影响。从使通过对旋流器流场三个速度分量的模拟,了解其性能。数值模拟时,由于旋流器内部是同时有着内外旋流的高速湍动状态,采取Reynolds切应力模型可从较好模拟液体在高速旋转状态下的流动,用Mixture型从模拟油水两相流动,采取非定常算法从观察油相迁移历程,近壁处采取非平衡壁面处理。通过上面陈述的数值模拟办法模拟了分流比对旋流器分离效率的影响,结果表明,分离效率随着分流比的增多而升高,随后进入稳定状态。采取小分流比可从使底流回收更多能量方便后续处理。因此可知,旋流器有着一个合适的分流比。通过对六个柱段长度尺寸的模型模拟,可从看出柱段长度变化对分离性能的影响不明显。在不干扰柱段稳定流形的状况下,减小柱段长度可减小沿程阻力损失。对5个大锥段长度模型进行数值模拟探讨,结果表明:大锥段长度增多致使分离效率降低,大、小锥段处内旋流轴向溢流速度从及外旋流切向速度均减小,而对大小锥段两处外旋流轴向速度及内旋流切向速度影响微弱。同时5个对小锥段长度模型进行了数值模拟探讨,结果表明:小锥段长度与分离效率成二次函数联系,说明有着一个最佳长度可满足高效分离性能。通过对速度场分析得到:小锥段长度增多导致大锥处内旋轴向速度减小,而小锥处内旋流轴向速度增大的两种不同走势,对两处外旋流的轴向速度从及内外旋切向速度影响均不显著。对于入口水力直径、溢流口直径、柱段和大小锥段长度等结构尺寸多因素的协同意义对分离器的影响,全面数值模拟,规模很大,难于实施,为此进行正交试验设计,通过16组有代表性的水平组合模型进行数值模拟,并用极差分析法找出了各因素最优的水平组合从及对分离效率的主次影响顺序。通过方差分析法,得出入口水力直径具有高度明显意义,各因素之间的交互意义绝大部分体现出了明显性,以而说明了结构参数之间的配合的确对分离性能产生影响。从上探讨结果将为旋流器的优化设计及后期进一步探讨具有重要作用。 关键词:油水分离论文 旋流器论文 数值模拟论文 网格划分论文 因素影响论文 正交试验论文
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    摘要3-5

    ABSTRACT5-10

    第一章 绪论10-18

    1.1 探讨背景10-12

    1.2 油水分离水力旋流器国内外探讨近况12-15

    1.2.1 国外探讨情况12-14

    1.2.2 国内探讨情况14-15

    1.3 油水分离水力旋流器运用探讨办法15-16

    1.3.1 实测办法16

    1.3.2 论述办法16

    1.3.3 数值办法16

    1.4 目的作用16-17

    1.5 探讨内容17-18

    第二章 油水分离水力旋流器工作原理及流场特性18-28

    2.1 油水分离水力旋流器的结构18-19

    2.2 除油水力旋流分离的基本原理19-20

    2.3 旋流器的特点参数及对分离性能影响20-21

    2.4 水力旋流器的流场特性21-27

    2.4.1 切向速度分布22-24

    2.4.2 轴向速度分布24-25

    2.4.3 径向速度分布25-27

    2.5 本章小结27-28

    第三章 油水分离水力旋流器的流体力学论述28-43

    3.1 CFD 介绍28-29

    3.2 油滴受力分析29-32

    3.2.1 离心力30

    3.2.2 向心浮力30

    3.2.3 流体介质阻力—斯托克斯力30-31

    3.2.4 马格纳斯(Magnus)力31-32

    3.2.5 径向方向速度波动产生的力32

    3.3 旋流器流体流体力学制约方程32-33

    3.4 模型区域离散与方程离散33-40

    3.4.1 网格划分办法介绍33-36

    3.4.2 区域模型离散36-38

    3.4.3 制约方程离散38-40

    3.5 湍流模型确定40-41

    3.6 近壁面处理41-42

    3.7 本章小结42-43

    第四章 单因素对旋流器影响的数值模拟43-62

    4.1 水力旋流器几何模型建立43-45

    4.1.1 模型尺寸43-44

    4.1.2 几何建模44-45

    4.2 网格模型45

    4.3 边界条件45-47

    4.4 结果分析47-61

    4.4.1 流场模拟结果分析47-50

    4.4.2 分流比对分离效率的影响50-52

    4.4

0-212.4 水力旋流器的流场特性21-272.4.1 切向速度分布22-242.4.2 轴向速度分布24-252.4.3 径向速度分布25-272.5 本章小结27-28第三章 油水分离水力旋流器的流体力学论述28-433.1 CFD 介绍28-293.2 油滴受力分析29-323.2.1 离心力303.2.2 向心浮力303.2.3 流体介质阻力—斯托克斯力30-313.2.4 马格纳斯(Magnus)力31-323.2.5

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