油水分离技术研究之一——直管和螺旋管的数值模拟
油水分离水力旋流器优化设计与仿真
２０２０年第２０卷第６期环境保护与治理㊀㊀㊀㊀油水分离水力旋流器优化设计与仿真屈丹龙１ꎬ李㊀毅２(１.中国石化油田事业部ꎬ北京㊀１００７２８２.山东省油田采出水处理及环境污染治理重点实验室ꎬ中国石化石油工程设计有限公司ꎬ山东东营㊀２５７０２６)㊀㊀摘㊀要:针对埕岛油田某海上平台采用水力旋流器油水分离效果较差的问题ꎬ设计优化了旋流管结构ꎬ大锥角由原来的２５ʎ调整为１５ʎꎻ入口形式由单切向入口调整为阿基米德螺旋线双入口ꎬ通过ＦＬＵＥＮＴ软件进行了仿真模拟ꎬ分析了优化过程中旋流管内部流场的速度㊁压力㊁轨迹线等变化情况ꎬ为旋流管入口结构设计及锥角的选取提供了依据ꎮ关键词:海上采油平台ꎻ水力旋流器ꎻ阿基米德螺旋线ꎻ油水分离ꎻ仿真模拟ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７２￣７９３２.２０２０.０６.００７０㊀前言水力旋流器是一种高效的油水分离设备ꎬ在油田采出水处理领域尤其在海上采油平台得到了广泛应用ꎬ埕岛油田某海上平台采用水力旋流器对三相分离器分出采出水进行油水分离ꎬ除油率在４０％~５０％之间ꎮ为了提高水力旋流器除油率ꎬ本文进行了旋流管优化设计与仿真研究ꎮ影响旋流管油水分离效率的因素主要分为外部工况因素和内部旋流管结构因素ꎬ其中外部工况因素主要有油滴粒径㊁温度㊁油水密度差㊁黏度等[１￣３]ꎬ内部结构因素主要为旋流管内部结构尺寸㊁锥角㊁入口形式等[４￣６]ꎮ埕岛油田某海上平台水力旋流器内旋流管为４段式结构ꎬ根据功能不同分别为旋流腔㊁大锥段㊁小锥段和平尾段(见图１)ꎮ油水混合液在压力作用下自进水口高速切向进入旋流腔ꎬ在旋流腔内形成高速旋转的流体ꎬ入口形式是影响旋流管的流场分布及压力损失的重要因素[７]ꎮ锥角是影响旋流管内流场分布㊁动量矩及分离效率的重要因素[８ꎬ９]ꎮ图１㊀旋流管结构示意㊀㊀本文在对入口形式初步优化的基础上ꎬ继续对锥角和入口形式进行优化ꎬ并通过ＦＬＵＥＮＴ软件对该平台的旋流管内部结构进行了优化设计与仿真ꎮ１㊀基础资料１.１㊀水质资料埕岛油田某海上平台三相分离器分出采出水温度:５５ħꎬ油品密度:０ ９１９ｇ/ｃｍ３ꎬ水中含油量:２００~４００ｍｇ/Ｌꎬ悬浮固体含量:３５ｍｇ/Ｌꎮ１.２㊀旋流管尺寸初始旋流管各部分内径㊁长度尺寸见表１ꎬ另外ꎬ大锥角２５ʎꎬ小锥角２ʎꎮ２㊀ＣＦＤ模型建立２.１㊀边界条件(表２)表１㊀初始旋流管结构尺寸ｍｍ表２㊀边界条件参数２.２㊀多相流模型选择 Ｅｕｌｅｒ￣Ｍｉｘｔｕｒｅ 模型计算ꎮ３㊀仿真结果与分析３.１㊀初始旋流管仿真与分析首先对初始旋流管进行建模及流态模拟计算ꎮ根据旋流管内径检测结果建立旋流管三维模型ꎬ对模型进行了网格划分ꎬ网格数量为５０万ꎮ３.１.１㊀旋流管内流场速度矢量速度矢量指标可以用来指示流场内流体的流动方向以及速度大小ꎬ能够直观地判断流态的变化情况ꎬ由图２可以看出ꎬ在大锥段中部截面处ꎬ局部速度矢量方向明显出现不规则偏流ꎬ表明局部流态已发生变化ꎮ这可能是由于在缩颈过程中ꎬ轴向方向上局部产生了不均匀的回压ꎬ造成局部流态的紊乱ꎮ３.１.２㊀旋流管内流场静压力分布进水口横截面静压分布情况见图３ꎬ静压涡核中心与速度矢量中心同样偏向于管体几何中心的右侧ꎬ分析可能是由流场中局部压力不均匀所导致ꎮ３.１.３㊀旋流管内流体轨迹线追踪流体轨迹线指标能够直观地显示出旋流管内流体质子的运动轨迹情况ꎮ如图４所示ꎬ整个截面流场呈现出明显的旋流状态ꎬ但旋涡中心点偏离了旋流管的几何中心ꎮ图２㊀初始尺寸旋流管大锥段截面速度矢量图３㊀初始尺寸旋流管进水口截面静压力分布图４㊀初始尺寸旋流管进水口截面流体轨迹分布３.２㊀大锥角优化仿真结果及分析设计模型将旋流管旋流腔和大锥段长度延长ꎬ锥角缩小至１５ʎꎬ并通过模拟分析考察调整尺寸后旋流管的运行工况ꎮ２０２０年第２０卷第６期环境保护与治理㊀㊀㊀㊀３.２.１㊀旋流管内流场速度矢量由图５可以看出ꎬ调整锥角后ꎬ局部流态紊乱的现象得到明显改善ꎬ在大锥段中部截面处ꎬ流场仍处于明显的旋流状态ꎬ并没有发生明显的偏流现象ꎮ图５㊀调整锥角后旋流管大锥段截面速度矢量３.２.２㊀旋流管内流场静压力分布由图６可以看出ꎬ旋流管内压力分布基本均匀ꎬ静压涡核中心与旋流管体几何中心基本保持一致ꎮ图６㊀调整锥角后旋流管进水口截面静压力分布３.２.３㊀旋流管内流场轨迹线追踪由图７可以看出ꎬ调整锥角后ꎬ整个截面流场呈现出明显的旋流状态ꎬ而且旋涡中心点与旋流管的几何中心轴线基本保持一致ꎮ３.３㊀入口结构优化仿真结果与分析在旋流管外径相同的情况下ꎬ阿基米德螺线形入口导流能力强ꎬ可使混合液获得更长的流道ꎬ在旋流腔内形成稳定㊁有序的旋流流场ꎬ降低液滴剪切破碎的可能性[４]ꎮ前期将旋流管设计为阿基米德螺线形双入口获得了良好的模拟效果[１０]ꎬ本次同样设计为阿基米德螺线形双入口ꎬ考察入口形式和锥角的叠加效果ꎮ图７㊀调整锥角后旋流管进水口截面流体轨迹分布３.３.１㊀入口结构优化速度矢量分布由图８可以看出ꎬ经大锥角和入口结构优化后ꎬ旋流管内呈明显的旋流速度分布ꎬ流态较理想ꎮ图８㊀旋流器中间截面的速度分布矢量３.３.２㊀入口结构优化压力分布由旋流管顶部横截面压力云(图９)可看出ꎬ旋流管内压力自外壁向中心轴线呈逐渐降低的环状梯度分布ꎬ旋流管内压力随着流场流线递减ꎬ压力分布合理ꎮ３.３.３㊀入口结构优化油相浓度分布旋流管横截面油相浓度分布如图１０显示ꎬ油相浓度分布与压力梯度分布具有一定的相关性ꎬ旋流管内油相浓度自中心向外壁逐渐降低ꎬ靠近管壁处油相浓度较低ꎬ靠近中心轴线油相浓度最高ꎮ屈丹龙ꎬ等.油水分离水力旋流器优化设计与仿真图９㊀中间截面的压力分布云图图１０㊀旋流管内油相浓度分布㊀㊀在获得了油相浓度分布差异后ꎬ通过设置在旋流管顶部中心的出油管排出浓度较高的油相混合液ꎬ从而得到良好的油水分离效果ꎮ４㊀结论ａ)埕岛油田某海上平台水力旋流器旋流管内压力分布不均㊁流场紊乱㊁离心力不强ꎬ造成水力旋流器除油效果不理想ꎮｂ)旋流管优化设计后将大锥角由原来的２５ʎ调整为１５ʎꎬ入口形式由单切向入口调整为阿基米德螺旋线双入口ꎬ旋流管内部流场㊁速度㊁压力更为合理ꎬ离心力强㊁稳定性好㊁涡流区域少ꎬ油水分离效果得到提升ꎮ５㊀参考文献[１]㊀ＷｏｌｂｅｒｔＤꎬＭａＢＦꎬＡｕｒｅｌｌｅＹꎬｅｔａｌ.Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｅｓｔｉｍａ￣ｔｉｏｎｏｆｌｉｑｕｉｄ￣ｌｉｑｕｉｄｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅｓｕｓｉｎｇｔｒａｊｅｃｔｏｒｙａｎａｌ￣ｙｓｉｓ[Ｊ].ＡｉｃｈｅＪｏｕｒｎａｌꎬ１９９５ꎬ４１(４１):１３９５￣１４０２.[２]㊀夏福军ꎬ邓述波ꎬ张宝良.水力旋流器处理聚合物驱含油污水的研究[Ｊ].工业水处理ꎬ２００２ꎬ２２(２):１４￣１６.田地面工程ꎬ２０１２ꎬ３１(１１):４９.[４]㊀王振波ꎬ陈磊ꎬ金有海.不同流量条件下导叶式液一液水力旋流器流场测试[Ｊ].流体机械ꎬ２００８ꎬ３６(９):１１￣１５.[５]㊀丁旭明ꎬ王振波ꎬ金有海.两种入口结构旋流器性能对比试验研究[Ｊ].化工机械ꎬ２００５ꎬ３３(２):６９￣７１.[６]㊀李枫ꎬ刘彩玉ꎬ蒋明虎ꎬ等.水力旋流器中阿基米德螺线入口的设计[Ｊ].化工机械ꎬ２００４ꎬ３３(３):１３９￣１４１.[７]㊀蒋明虎ꎬ赵立新ꎬ李枫ꎬ等.液￣液水力旋流器的入口形式及其研究[Ｊ].石油矿厂机械ꎬ１９９８ꎬ２７(２):３￣５.[８]㊀蒋明虎ꎬ刘道友ꎬ赵立新ꎬ等.锥角对水力旋流器压力场和速度场的影响[Ｊ].化工机械ꎬ２０１１ꎬ３８(５):５７２￣５７６.[９]㊀赵立新ꎬ王尊策ꎬ李枫ꎬ等.液液水力旋流器流场特性与分离特性研究(一) 锥角变化对切向速度场的影响[Ｊ].化工装备技术ꎬ１９９９ꎬ２０(４)７￣１０.[１０]龚俊ꎬ叶俊红ꎬ姚明修.基于ＦＬＵＥＮＴ的水力旋流器入口结构参数优化设计流场仿真[Ｊ].山东化工ꎬ２０１９ꎬ４８(６):１８２￣１８４.ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＯｉｌ￣ｗａｔｅｒＳｅｐａｒａｔｉｏｎＨｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅＱｕＤａｎｌｏｎｇ１ꎬＬｉＹｉ２(１.ＳＩＮＯＰＥＣＯｉｌｆｉｅｌｄＤｅｐａｒｔｍｅｎｔꎬＢｅｉｊｉｎｇꎬ１００７２８ꎻ２.ＳｈａｎｄｏｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｉｌｆｉｅｌｄＰｒｏｄｕｃｅｄＷａ￣ｔｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌꎬＳＩＮＯＰＥＣＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎＣｏｒｐｏｒａ￣ｔｉｏｎꎬＳｈａｎｄｏｎｇꎬＤｏｎｇｙｉｎｇꎬ２５７０２６)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｏｏｒｅｆｆｅｃｔｏｆｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅｏｎｏｉｌ￣ｗａｔｅｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎｉｎａｎｏｆｆｓｈｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｏｆＣｈｅｎｇｄａｏＯｉｌｆｉｅｌｄꎬｔｈｅｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｌａｒｇｅｃｏｎｅａｎｇｌｅｆｒｏｍ２５ʎｔｏ１５ʎ.ＴｈｅｉｎｌｅｔｆｏｒｍｗａｓａｌｓｏａｄｊｕｓｔｅｄｆｒｏｍａｓｉｎｇｌｅｔａｎｇｅｎｔｉａｌｉｎｌｅｔｔｏａｎＡｒｃｈｉｍｅｄｅｓｓｐｉｒａｌｄｏｕｂｌｅｉｎｌｅｔ.ＴｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＦＬＵＥＮＴｓｏｆｔｗａｒｅꎬｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｖｅｌｏｃｉｔｙꎬｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｉｎｔｈｅｉｎ￣ｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａ￣ｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄꎬｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｉｎｌｅｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅａｎｄｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｃｏｎｅａｎｇｌｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｏｆｆｓｈｏｒｅｏｉｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍꎻｈｙｄｒｏ￣ｃｙｃｌｏｎｅꎻＡｒｃｈｉｍｅｄｅｓｈｅｌｉｘꎻｏｉｌ￣ｗａｔｅｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎꎻｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ。
某防暴喷射管管内流场数值模拟
第2期2021年2月机械设计与制造Machinery Design&Manufacture49某防暴喷射管管内流场数值模拟张燕丽1,赵法栋2,赵悦2,庄弘炜2（1武警工程大学基础部，陕西西安710086;2.武警工程大学装备管理与保障学院，陕西西安710086）摘要:采用流固耦合的方法，基于COMSOL仿真平台对某防暴喷射管内部流场进行了数值模拟,分析了发射管结构和气室初始压强对管内冲击挤压流动过程的影响。
结果表明:在气室初始压强为20MPa,战剂容量为10ml的情况下，发射管内径越小，管流.阻力越小,活塞运动时间越短，战剂出口速度越小，能量利用率越高；增大气室初始压强能缩短管内流动时间，加快出口速度;锥直形喷嘴结构的突变造成了战剂压强和速度的波动。
研究结果可为喷射管的优化设计提供理论依据。
关键词:流固耦合;管内流场;防暴喷射管;数值模拟中图分类号:TH16；TJ99文献标识码:A文章编号:1001-3997(2021)02-0049-05Internal Flow Field Numerical Simulation of a Certain Anti-Riot EjectorZHANG Yan-li1,ZHAO Fa-dong2,ZHAO Yue2,ZHUANG Hong-wei2(1.Engineering University of People*s Armed Police,Base Department,Shaanxi Xi'an710086,China;2.Engineering University of People's Armed Police,Equipment Management and Support College,Shaanxi Xi'an710086,China)Abstract:Based on the COMSOL simulation platform,the internal flow field simulaiton of a certain anti-riot ejector was carried out by us ing f luid-s t ructure coupling method.The influence of t he structure qf t he launch pipe and the initial pressure of t he gas chamber on the impact-extrusion process in the pipe was analyzed.The results show that when the initial pressure of the gas chamber is20MPa and the capacity of the agent is10ml,the smaller the inner diameter of the launch pipe,the smaller the resistance of the tube flow,the shorter the movement time of the piston,the smaller the outlet velocity,and the higher the energy utilizaiion rate.The larger the initial pressure of the gas chamber can shorten the flow time and increase the outlet velocity.The conical straight nozzle causes the fluctuation of the pressure and velocity of t he agent.The research results can provide theoretical basis for the optimal design,of t he anti—riot ejector.Key Words:Fluid-Structure Coupling；Internal Flow Field；Anti-Riot Elector；Numerical Simulation1引言某防暴喷射管是一种配属到专用发射装置，以高压气体为动力,推动管内的装填战剂（液态刺激剂）从喷口高速喷出形成射流，喷射到有生目标，使之暂时失去抵抗能力的警用非致命弹种。
模拟方法1——(一维油水两相流数值模拟)
KK rw KK ro 令：λw = ；λo = ；λ = λo + λw uw uo
∂ ∂P λ ⋅ + qv = 0 ∂x ∂x
λn 1
i+ 2
(4)
n +1 n +1 n +1 n +1 Pi + P P − P − 1 i i −1 − λn 1 i i− ∆xi ∆xi 2 + qvi = 0 ∆xi
(5)
China University of Geosciences, Beijing
9
三、差分方程组的建立
i=1为水注入处， 为水注入处，i=n为油或油水产出处（ 为油或油水产出处（第一个和第n个网格有源汇相， 个网格有源汇相，其余 没有） 没有）
1 2 …… i-1 i i+1 …… n-1 n
i-1/2 i+1/2
分三种情况讨论： 分三种情况讨论： （1）第2个至第n-1个网格： 网格：无注入、 无注入、也无产出： 也无产出：qv=0
n +1 n +1 n n +1 n +1 λn 1 ( Pi + − P ) − λ ( P − P 1 i 1 i i −1 ) = 0 i+ 2 i− 2
Reservoir Simulation
一维油藏数值模拟方法
刘鹏程
China University of Geosciences, Beijing
1
第一节 一维两相水驱油的数值模拟方法
特点： 特点：1、系数矩阵均为三对角 2、油水两相简单处理 川东大池干气藏， 川东大池干气藏，长20km，宽<2km，隐蔽油气藏
i=1 i=2
渐缩喷管与直短管的流场数值模拟及分析比较
渐缩喷管与直短管的流场数值模拟及分析比较作者：崔祖涛周林元来源：《山东工业技术》2015年第13期摘要：本文介绍了渐缩喷管内外部流动数值模拟的基本理论和方法，通过计算流体力学（CFD）技术对工质流体流经直短管和渐缩喷管的流动状态进行模拟，分析了工质流体流经喷管时喷管内外部的流场分布，并对两种短管的性能加以比较。
关键词：渐缩喷管；数值模拟；流场；卷吸1 喷管应用概述喷管的应用范围几乎包含所有工业领域、交通运输、农业生产，以及人民日常生活。
除了人们熟知的燃烧设备和装置外，在非燃烧工业设备上也广泛应用。
2 物理模型图中D为喷管进口直径，d为出口直径，L为直管长度，H为收缩段高度。
由于喷管的流动为对称的，所以可以采用二维模型，采用输入坐标构造模型，并且为了能够得到较好的网格，采用分块划分网格，从而避开网格产生的畸形。
因为该模型对称，计算简单，所以直接用面的形式进行网格划分，为了使换分网格更精确，做辅助面将其划分为多个面，然后按照所分的区域，分区域划分网格，采用结构性网格，同时采用四边形网格，经检测，网格质量良好。
3 数值模拟理论基础3.1 喷管的工作原理高压低速的流体流过喷管时压力降低，流速增加，压力能减小动能增加。
工质在压差的作用下，迅速扩散，动能增加的同时对外做功，或者将速度能转换成压力能。
3.2 模拟的流体力学基础（1）连续性方程。
在有限控制体中，质量守恒意味着：控制体表面的净质量流出等于控制体内质量的时间变化率。
即：（2）动量守恒方程。
动量守恒定律是任何流动系统必须满足的基本定律，（3）能量守恒方程。
能量守恒定律包含有热交换的流动系统必须满足的基本定律，其表达式为：除了流体的三大基本方程，还有组分质量守恒方程、控制方程的通用形式以及湍流的控制方程、守恒型控制方程和非守恒型控制方程等方程。
4 边界条件及残差曲线压力进口边界条件，入口压力略低于储气罐压力（5bar），理想空气的参数：温度为300K，ρ=1.225kg/m3 μ=14.8×10-6Pa·S，喷管的进口水力直径等于喷管直径，即16mm。
管道式油气水分离及含油废水处理技术
9000
9000
31.1
42.3 33.4 32.3
20.4
34.0 32.0 30.1
22.2
22.3 21.6 22.6
27.4
20.1 24.3 22.5
14.6
10.3 10.7 9.7
设计参数： 处理量：10万桶/天
9000 9000
水中含油：<20 ppm
试验结果： 处理量：10万桶/天 水中含油：<16 ppm
业生产中发展起来的一种新型分离 装置，主要是利用多种分离原理， 通过技术集成，在流动过程中实现 多相分离。由于管道式分离装置结 构简单，设计方便，其性能容易满
2009
陆丰13-1平台含油污水处理工业生 产系统设计、加工 提出纳米膜气浮技术进行流花11-1 （FPSO）高密度、超稠油的油水分 离及其相应的含油污水处理，完成现 场试验 陆丰13-1平台含油污水处理工业生 产系统现场安装、测试 流花11-1（FPSO）老化油处理
足工艺要求。
2010
流花11-1（FPSO）油气水处理系统 改造设计（扩容处理、分离器系统改 造、污水处理系统改造，加热锅炉系 统改造） 深海海底油气水分离技术研制 Page 6
让石油和天然气的获取更加高效
二、课题组简介
实验室状况
4个实验室 多相计量实验室 多相分离实验室
除沙实验室
怀柔水下环境实验室
三、管道式油气水分离技术
2 垂直旋流分离技术
实验照片：油核随着分流比的变化
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让石油和天然气的获取更加高效
三、管道式油气水分离技术
2 垂直旋流分离技术
油核聚并过程分析
油水分离旋流技术研究进展
油田的海上石油开采平 台使 用 ， 正式进入工业应用
收稿 日期 ：０ ８０ ．６ ２０ —５０
对旋流器的实验研究 内容主要分为两类： 一类是
基金 项 目： 重庆市科委 自然科学基金资助项 目（ Ｓ Ｃ ２ ０ Ｂ ６０ Ｃ Ｔ ，０ ７ Ｂ １０） 作者 简介 ： 黄圣鹏 （９ ３ ） 男 ， 建人 ， １８ 一 ， 福 后勤工程学 院硕士研究 生 ， 主要从事 油气储运 方面的研究工作 。
一ห้องสมุดไป่ตู้
此， 湍流运动大为减少 ， 而且分离区域长， 分离效率大 大提 高 。与静 态旋流器相 比， 动态旋 流器 具有 分离 能 力强 、 进料压 力低 、 用 的流量 范 围广 和处 理 介 质 范 适 围广 等优点 。但结构 比较复杂 ， 叶栅 对液 体有 进 旋转 步 乳化作用 ， 而影 响分 离 效率 ， 壳 旋转 引起 的 进 外 振 动影 响旋 流器 内部 流场 的稳定 等 Ｊ 。
纺 织 、 油工 业 、 品加工 、 石 食 生物 工程 等领 域 。
１ 水 力 旋 流 器 工作 原 理
水力旋流 器 的基本 工 作原 理是 基 于离 心沉 降作 用 。当待分离的两相混合液 以一定 的压力 （ 或速度 ） 从
旋流器上部向入 口呈切线进入器 内后， 混合液产生强 烈 的旋转运动 ， 由于轻相 和重相之 间存在 密度差 ， 自 各 所受 的离心力 、 向心浮力 和流体曳力 的大小不 同， 受离 心沉降作用， 大部分重相经旋流器底流口排出， 而大部 ２ 旋 流 分 离技 术研 究 现 状 分轻相则 由溢流 口排出 ， 从而达到分离分级的 目的。 为 了揭示旋 流 分 离 器 中的 流 动 与分 离 规 律 ， 进 液 一 型水 力旋 流器 是基 于 固液分 离旋 流器 发 而 对其 流 场特 性 和分离 性 能进行 较 为科 学 的预测 或 液 展而来 的。２ ０世 纪 ６ ０年 代 末 英 国 Ｓｕｈ ｍ ｔｎ大 评 价 ， ｏｔａ ｐｏ 对旋 流器 进行 优化 设计 ， 高性 能 ， 提 降低 能耗 ， 学 Ｍ ｒｎＴ ｅ ａｔ ｈｗ教 授 开 始 除油 型 液 一液旋 流 器 的研 许 多 研 究 人 员 在 实验 研 究 、 ｉ 理论 研 究 和数 值 模 拟 ３ 究 ，９ ４ 年 液 一液 旋 流 器 在 海 洋 平 台 上 试 验 成 个 方 面做 了大 量 的研究 工作 。 １８ 功 ＿ 。次年 在 英 国北 海 油 田和 澳 大 利 亚 巴 氏海 峡 ２ １ 实验 研究 ２ Ｊ ．
试油三相分离器油气水分离效率的提高与应用
试油三相分离器油气水分离效率的提高与应用梁淑平１，刘 琼２（１．大庆油田公司试油试采分公司，黑龙江大庆 １６３４１２；２．西安石油大学，陕西西安 ７１００６５） 摘 要：油井产出气、液的分离是石油生产中的一个重要环节，油气水分离设备带来的经济效益直接影响着整个油气集输系统的总体经济效益。
因此，高效率、低投入的分离设备的研制对于油田生产具有十分重要的现实意义。
本文针对目前三相分离器所存在的不足，通过对旋流分离中气液运动规律和重力沉降中油水分离规律的研究，阐明了提高三相分离器油气水分离效率的方法和适用范围。
目前使用的气、液分离设备主要是依据旋流分离和重力分离最终实现油气水的分离，这种高效分离技术已经投入现场使用并取得了良好效果，具有很高的经济效益。
关键词：三相分离器；旋流分离；重力分离；分离技术 中图分类号：ＴＥ８６８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９８１（２０１７）０９—００１７—０３ 在测试和生产过程中，要精确计量油、气、水的产量，首先必须使油、气、水分离开。
油、气、水的分离要借助于分离器，分离器是一种在其内部能使互不溶解且密度不同的流体相互分开的装置。
随油气田的持续开发，油井采出液中的原油含水量正在逐年上升。
我国大部分油田已进入中、高含水开发阶段，综合含水率已达到或超过８０％，含油污水已成为一种量大且广泛的污染源。
为保护水资源和人类健康、促进经济发展，所面临的一个突出问题就是如何减少原油含水的产量。
对于减少原油含水量以及环境保护问题，早在１９９１年，浙江大学化工系的徐根良［１］等人在水处理技术上发表《含油废水处理技术综述》一文，论述了含油废水对环境的危害，产生的途径和油在水体中存在的形态；讨论了含油废水各种处理方法的基本原理，技术要点和优缺点，介绍了一些典型的工艺流程和设备。
２００６年冯刚［２］等运用计算流体动力学基本理论与计算机技术相结合的方法，代替物理模型实验，针对国内各油田油井产出液的物性和工作条件差异而形成的各种组合，进行分析和优化计算，从而得到满足该种组合的优化设计模型。
脱油型螺旋管油水分离器的数值模拟
运 营成本 都 有 重要 意义 。从 分 离 工 程 角 度来 看 ，
含 油 废水 的处 理 问题 实 际 上是 油 ． 水两 相 分 离 的
分子 黏度 ；
“ 『 ～ 由湍 流模 型确定 的未知雷 诺 分量 。 ． ＿ １ ２ Ｒ Ｇ ８湍 流模 型 ． Ｎ － 湍流模 型采 用 Ｒ Ｇ ｋ６方程 ： Ｎ －
油水 分离 器进 行 了 数 值模 拟 和实 验 研 究 ， 螺 旋 为
ｐ ＋ ＝ 】 ＋ 警ｐ 去Ｌ 毒 ＋ 【 ｅ Ｊ 字 ｃ ｐ ㈩
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式中 叼＝ ．７ ； 。 ４ ３ ７
／ ＝０ ０ ２； ３ ．１
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管分 离器 的参 数选 择 和优化 设计 提供 参考 。
中图分类号
含 油废 水是 一 种 典 型 的有 机 废 水 ， 每年 产 出
含 油废 水 高 达 ５ ６×１ ， 环 境 危 害大 。 因 ． ０ｔ 对 此， 含油 废水 处理 技 术 的开 发 对 环 境保 护 和 降 低
式 中 “ —— 时均 速度 分量 ；
Ｐ — — 时均 压力 ； Ｐ — — 流体 密度 ；
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化 工 机 械
定 ；
２０ ０ ８年
＊
Ｃ１ 一
ｂ 出 口边 界 设 为 压 力 出 口 ， ０ １ ａ ． Ｐ＝ ． ＭＰ ；
Ｃｌ ＝ １ ４ ． ２； Ｃ２ ＝ １ ６ ． ８。
ｃ ．固壁 边界 按无 滑移边 界 条件处 理 ， 即速 度 和湍 流度 均为零 。
Ｒ Ｇ ｋｓ湍 流模 型 比较合 适 。 Ｎ －
１ ６ 网格 的划 分 ．
为 了提 高 网格 生 成 质 量 ， 整 个 螺 旋 管 沿 把 方 向分成 多段 ， 且 沿 着 圆心 指 向壁 面 的方 向边 并
超临界二氧化碳在水平螺旋槽管和光管管内传热特性的数值模拟
doi: 10.3969/j.issn.2095-4468.2022.04.102超临界二氧化碳在水平螺旋槽管和光管管内传热特性的数值模拟邱晗1，陶乐仁*1, 2，李猛1，林智博1（1-上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093； 2-上海市动力工程多相流动与传热重点实验室，上海 200093）[摘 要] 本文采用RNG k-ε湍流模型（RNG 为一种重整化群的数学方法）对超临界二氧化碳流体在主管内径为22.12 mm 、长度为960 mm 的螺旋槽管内的冷却换热进行了数值模拟，研究了入口雷诺数，入口压力和有无浮升力对管内流动传热的影响，并和水平光管内的冷却换热进行了对比。
结果表明，当入口雷诺数相同时，入口压力为8、9和10 MPa 下螺旋槽管的平均传热系数分别比光管高24.64%、28.75%、25.56%；在入口压力相同，入口雷诺数分别为35 000、45 000、55 000下螺旋槽管的湍动能分别比光管高4.4%、18.5%和16.0%；在螺旋槽管和光管中有浮升力的传热系数大于无浮升力情况下的传热系数，且相比光管，浮升力对螺旋槽管具有更大的影响。
[关键词] 超临界二氧化碳；数值模拟；螺旋槽管；冷却换热 中图分类号：TB61+1; TP391.9文献标识码：ANumerical Simulation of Heat Transfer Characteristics of Supercritical CarbonDioxide in Horizontal Spirally Fluted Tube and Smooth TubeQIU Han 1, TAO Leren *1, 2, LI Meng 1, LIN Zhibo 1(1-School of Energy and Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China; 2-Shanghai Key Laboratory of Multiphase Flow and Heat Transfer for Power Engineering, Shanghai 200093, China)[Abstract] The cooling heat transfer of supercritical carbon dioxide fluid in a spirally fluted tube with an inner diameter of 22.12 mm and a length of 960 mm is simulated by using the RNG k-ε turbulence model. RNG is a mathematical method for renormalizing groups. The effects of inlet Reynolds number, inlet pressure and the presence of buoyant lift force on the flow heat transfer in the tube are studied. The cooling heat transfer in a horizontal smooth tube is compared with that in a horizontal smooth tube. The results show that when the inlet Reynolds number is the same, the average heat transfer coefficient of spirally fluted tube under inlet pressure of 8 MPa, 9 MPa and 10 MPa is 24.64%, 28.75% and 25.56% higher than that of light pipe, respectively. When the inlet pressure is the same and the inlet Reynolds number is 35 000, 45 000 and 55 000, the turbulent kinetic energy of spirally fluted tube is 4.4%, 18.5% and 16.0% higher than that of light pipe, respectively. The heat transfer coefficient with buoyancy in the spiral grooved tube and the smooth tube is greater than that without buoyancy, and compared with the smooth tube, the buoyancy has a greater influence on the spirally fluted tube. [Keywords] Supercritical carbon dioxide; Numerical simulation; Spirally fluted tube; Cooling and heat exchange0 引言近年来，能源短缺和环境资源破坏已经受到世*陶乐仁（1962—），教授，博士。
油水分离技术优化研究
ａ 爱 毒（ 差 Ｏ Ｏ ｄＯ ｘ ｘ 。。 ］ ＝［＋ 一 ｒｘ ）
ａ
聚结分 离 法 等 … 。电 脱 分 离 法 和离 心 分 离 法 需 要 外 界动 力提 供能 量支 持 ， 能量 高 ， 耗 化学试 剂 所引起
二 次污 染 限制 了化 学 处 理 法 的应 用 。 目前 ， 应用 较 为广泛 的油 水分 离技 术是 波纹板 和 螺旋管 油水 分离 技 术 一 引。
Ａｂｓ ｒ ｃ ： ｒ ｓ ｎ ，ｍｏ ｔ ｆ ｏ ｒ ｏ ｓ ｏ ｅ ｆｅ ｄ ａ ｅ ｓｅ ｐ ｎ ｎ ｏ ｈ ａ ｅ— ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ，ｉ ｎ ｔ ｏ ｌ ｔ ａ ｔ Ａｔｐ ｅ ｅ ｔ ｓ ｏ ｕ ｎ ｈ ｒ ｌ ｓ ｒ ｔ ｐ ｉ ｇ ｉ ｔ ｔ ｅ ｌ ｔ ｉ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｔ ｏ ｎ ｙ ｂ ｏ ｈ ｅ ｏ ｃ ｎ ｍｉ ｒ ｂｌｍ ，ｂ ｔａｓ ｒ ｉ ｃ ｌ ｎ ｗａｅ ｒ ｕｇ ｔａ ｓ ｒ ｕｓｅ ｏ ｏ ｃｐ ｏ ｅ ｉ ｕ ｌｏｍｏ ｅ ｄｆ ｕ ｔ ｏ ｔ ｒ—ｏｌｓ ｐ ｒ ｔ ｎ．Ｒｅ ｅ ｔｙ，ｗａｅ ｉ ｆ ｙ ｉ ｅ ａ ａｉ ｏ ｃ ｎｌ ｔｒ— ｏｌｓ ｐ ｒ ｔｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙｇ ｒ ｓ ａ ｃ ｏ ｕ ｅ ｎ ｓ ｉａ ｐｅ ａ ｄ ｗａ ｅｏ ｍ ｏ ｒ ｏ ｄ ｎｓ ｔｏ ｅ ｒ ｔｒ，ａ ｉ ｅ ａ ａｉ ｎ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ｅ ｒ ｈ ｆ ｃ ｓ ｄ ｏ ｐ ｒ ｌｐｉ ｎ ｖ ｆ ｒ ｂ ａ ｄ ｃ ｎ ｅ ａ ｉｎ ｓ ｐａａ ｏ — ｍｏ ｇ ｗｈ ｃ ｏ ｒ ａ ｅ ｌ ｔ ｎ ｐｉａ ｐ ｔｒ—ｏｌｓ ｐ ｒ ｔ ｎ ｔｃ ｎ ｌｇ ｓ ｂｅ ｎ ｕ ｅ ｄ ｌ Ｕ— ｎ ｉｈ ｃ ｒｕｇ ｔｄ ｐ ａ ｅ ａ ｄ ｓ ｒ ｌｐｉｅ ｗａ ｅ ｉ ｅ ａ ａｉ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｈａ ｅ ｓ ｄ ｗｉ ｅｙ． ｏ ｓｎ Ｄ ｏｔ ｒ ｎｄ ａ ｐ ｉ ｇ ＶＯＦ ｍｏ ｅ ｍｅ ｃ ｌｓｍｕ ａｉｎ ｏ ｔａｇ ｔａ ｄ ｗａ ｅｏ ｍ ｕ ｅ，ｓ ｉａ ｉ ｇ ＣＦ ｓ ｆｗａ ｅ ａ ｄｏ ｔｎ ｄ ｌｎｕ ｒ ａ ｉ ｌ ｔｏ ｎ ｓｒ ｉｈ ｎ ｖ ｆ ｒ ｔ ｂ ｉ ｐｒｌ
管内充分发展流动与传热数值模拟的教学方法探讨
管内充分发展流动与传热数值模拟的教学方法探讨
毛宇飞;上官燕琴;肖洪
【期刊名称】《力学与实践》
【年(卷),期】2024(46)1
【摘要】由于缺乏数值计算的基础理论知识,工科本科生在学习流体流动与传热过程的数值模拟方法并进行程序设计时,往往觉得难度较大。
本文围绕圆管内不可压缩流体充分发展流动与传热,采用边界层积分法,推导出无量纲控制方程组;针对层流工况和湍流工况,开发出相应的数值方法。
基于该方法的程序代码易于理解,且计算结果表明该方法具有预测精度高、收敛速度快的优点。
本文的工作可以为计算流体力学、数值传热学及热工计算等系列课程的本科教学提供参考。
【总页数】7页(P194-200)
【作者】毛宇飞;上官燕琴;肖洪
【作者单位】河海大学机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】O357;TK124
【相关文献】
1.内置转子组合式强化传热装置换热管内流体流动与传热数值模拟
2.二元熔盐在螺旋槽管内流动和传热特性数值模拟
3.半壁受热管内插扭带的过冷流动沸腾传热特性数值模拟
4.螺旋弯管内流动与传热特性的数值模拟
5.螺旋管内单相流动周向非均匀传热现象的数值模拟
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油气水三相分离器的研究进展
六、油气水三相分离器存在的问题及发展趋势
油气水三相分离器经过多年的研究发展，其工作性能不断提升，分离效果也更加出色，在油田的使用也越来越广泛，但是也存在一定的问题，主要是：①分离效果不理想，油田产出的也在不断被开采过程中，其含量和组成成分都在不断地变化，导致分离器不能及时的进行处理，最终造成分离效率降低。②适用范围较小，抗波动能力差。③设备体积较大，对空间要求较高。④设计依靠经验，没有同意的标准。
对于现在油田中使用油气水三相分离器的发展趋势来看，未来对于油气水三相分离器的研究主要从以下几个方面展开：
（1）研发出一周内操作弹性较大的入口分离部件，可以解决在工况较多或者混合物量大的情况下节约有效地进行分离。
（2）研发出更高效的内部构件，减少分离时间，是三相分离器更加实用且稳定。
（3）充分结合重力、惯性、离心、膨胀（气液分离）以及电脱等多种形式的分离原理，将各种分离原理进行整合，研发出更高效的三线分离器，使得分离效果可以明显升高，保证油田生产顺利进行。
关键词：三相分离器；油水分离；研究发展
油气水分离处理技术是把油井中生产出的油气水混合物进行科学的分离。将油水进行沉降、分离等加工过程。是目前油田集输处理工程的重要组成部分。油气水分离的效果直接影响原油与天然气的后续处理工艺，如果不能有效的进行分离。会严重影响产品质量。
油气水三相分离器被广泛的使用在石油石化行业中。是油田生产过程中最常用的设备之一。油气水三项分离器从油水分离池发展而来。现阶段油气水三相分离器已经有效地使用在原油处理工艺中。经过不断深入的研究。油气水三相分离器的性能不断地被完善。使得油气水三相分离器有了更好的使用效果。但是依旧在使用上存在一些问题。本文主要针对这些问题进行讨论分析。
基于CFD-PBM_含油污水沉降实验装置的数值模拟
通讯作者：马庆东，２０１３年毕业于东北石油大学油气储运专业，现在大庆油田有限责任公司第九采油厂从事给水排水研究工作。
通信地址：大庆市让胡路区阳光嘉城Ｄ１１ ３ ３０２，１６３０００。
Ｅ ｍａｉｌ：１０３１２５６３２１＠ｑｑ．ｃｏｍ。
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５ ３１５８．２０２４．０１．００６基于ＣＦＤ ＰＢＭ含油污水沉降实验装置的数值模拟马庆东（大庆油田责任有限公司第九采油厂）摘 要 沉降是目前油田含油污水处理过程中重要处理方法之一，而含油污水的油水分离特性是影响油田含油污水沉降处理工艺效率的关键因素。
文章设计并搭建了含油污水沉降实验装置，对装置中含油污水沉降分离过程进行ＣＦＤ ＰＢＭ数值模拟。
首先运用实验验证模拟方法的可靠性，然后分析了不同油水相黏度、配液含油量和温度对含油污水沉降过程的影响，获得了含油污水在沉降装置中的沉降分离特性：当其他条件一定时，含油污水静置沉降过程中，油水相黏度越小，配液含油量越大，温度越高，含油污水沉降分离速度越快，油滴更容易从含油污水中快速分离出来上浮至顶部，表现出良好的油水分离效果。
研究结果可为油田含油污水沉降实验研究及沉降处理工艺的运行提供一定的理论支持。
关键词 含油污水；沉降；分离特性；ＰＢＭ模型；数值模拟中图分类号：Ｘ５０５；ＴＥ９９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５ ３１５８（２０２４）０１ ００２４ ０６犖狌犿犲狉犻犮犪犾犛犻犿狌犾犪狋犻狅狀狅犳犗犻犾狔犛犲狑犪犵犲犛犲狋狋犾犲犿犲狀狋犈狓狆犲狉犻犿犲狀狋犪犾犇犲狏犻犮犲犅犪狊犲犱狅狀犆犉犇 犘犅犕ＭａＱｉｎｇｄｏｎｇ（犜犺犲犖犻狀狋犺犗犻犾犘狉狅犱狌犮狋犻狅狀犘犾犪狀狋狅犳犇犪狇犻狀犵犗犻犾犳犻犲犾犱犆狅．，犔狋犱．）犃犅犛犜犚犃犆犜 Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｉｎｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎｏｉｌｆｉｅｌｄｓ．ａｎｄｔｈｅｏｉｌ ｗａｔｅｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｏｉｌｙｗａｓｔｈｅｋｅｙｆａｃｔｏｒａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｏｉｌｙｓｅｗａｇｅｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ．Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｖｉｃｅｆｏｒｏｉｌｙｓｅｗａｇｅｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｂｕｉｌｔｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ａｎｄｔｈｅｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔａｎｄｓｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｏｉｌｙｓｅｗａｇｅｗａｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙＣＦＤ ＰＢＭｉｎｔｈｅｄｅｖｉｃｅ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｖａｌｉｄａｔｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖｉｓｃｏｓｉｔｙｏｆｏｉｌ ｗａｔｅｒｐｈａｓｅ，ｏｉｌｃｏｎｔｅｎｔｏｆｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｌｉｑｕｉｄ，ａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｈｅｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆｏｉｌｙｓｅｗａｇｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔａｎｄｓｅｐａｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｏｉｌｙｓｅｗａｇｅｉｎｔｈｅｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｄｅｖｉｃｅｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｗｈｅｎｏｔｈｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅｃｏｎｓｔａｎｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓｔａｔｉｃｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆｏｉｌｙｓｅｗａｇｅ，ｔｈｅｌｏｗｅｒｖｉｓｃｏｓｉｔｙｏｆｏｉｌ ｗａｔｅｒｐｈａｓｅｗａｓ，ｔｈｅｌａｒｇｅｒｏｉｌｃｏｎｔｅｎｔｏｆｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｌｉｑｕｉｄｗａｓ，ｔｈｅｈｉｇｈｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓ，ｔｈｅｆａｓｔｅｒｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔａｎｄｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｏｆｏｉｌｙｓｅｗａｇｅｗａｓ，ａｎｄｔｈｅｅａｓｉｅｒｔｈｅｏｉｌｄｒｏｐｌｅｔｓｗｅｒｅｔｏｑｕｉｃｋｌｙｓｅｐａｒａｔｅｆｒｏｍｔｈｅｏｉｌｙｓｅｗａｇｅａｎｄｆｌｏａｔｔｏｔｈｅｔｏｐ，ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｎｇａｇｒｅａｔｏｉｌ ｗａｔｅｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｃｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｓｏｍｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｆｏｉｌｙｓｅｗａｇｅｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｉｌｙｓｅｗａｇｅｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎｏｉｌｆｉｅｌｄ．犓犈犢犠犗犚犇犛 ｏｉｌｙｓｅｗａｇｅ；ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ；ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ＰＢＭｍｏｄｅｌ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ０ 引 言随着油田的开采，国内绝大多数油田已进入中高含水阶段，油田采出液经过联合站处理后产生了大量的含油污水，同时含油污水的物性也变得更为复杂，导致油水分离愈加困难，因此，进行含油污水沉降分离特性研究对于掌握含油污水的沉降分离规律、提高含油污水处理工艺效率至关重要［１］。
中国海上油气2010年第22卷总目次
何 宁 王 波
伊 鹏 刘 衍 聪
海洋 平 台发电机 组凋平 可控 液压顶 升系统 的设 计与应 用
… … … … … … … … … … … … … … 姜 瑞 忠 张 晓 亮 马 江 平 等 （ ７） ２
驱 油用 聚合物 溶液粘 浓关 系分 类描述
一
…… ……… …… …… …… ……… 康晓 东 冯 国智 张 贤松等 （ ０） ３ ……… …… …… ……… …… …… …… 姜 鹏 伟 （ ７） ３
弟 一 第 二 期
深 水崎 岖海底 区不 同采集 方 向地震波 照 明能量 分布 特征研 究 …… …… … 李 绪 宣 温 书亮 尹
青 东 凹陷凹 中隆控藏 作用 分析
成 （ ３） ７ 微 （ ３） ８ 饶 （ １） ９
… … … … … … … … … … … … … … … … … 陈 国 童 王 亮 牛 成 民等 （ ７） ７
拟抛 物线方 程在 异常 高压气 藏地 质储 量计算 中的应用 … …… ……… … 张迎春 赵春 明 童凯 军等 （ ９） ９ 刘洪 杰等 （０ ） １ ８ 戴 卫 华等 （ １ ） １ １ 低 阻油层含 水饱 和度 计算方 法研究 —— 以渤海 Ａ 油 田新 近 系低 阻油层 为例 … …… 王 培春 吕洪志 （０ ） １４ 利用 遗传算 法求取 气 井真表 皮 系数 …… …… …… ……… …… ……… … 戴卫 华 张迎春 反褶积 试井 方法在 渤 海油 田的应用
朱 伟 林 米 立 军 高 乐 等 （ １ ）
辽西 凹陷锦 州 ２ — ５１大型轻 质油 田发现 的地 质意 义 … …… …… ……… … 徐 长贵 周心 怀 邓津辉 等 （７）
渤 海 Ｑ３ — 北 地 区 稠 油 层 预 测 … … … … … … … … … … … … … … … … … 田 立 新 周 东红 明 君 等 （ ２） ２６ １
Fluent教程案例7-油水两相流动数值模拟
实验七油水两相流弯管流动模拟-混合物模型弯管被广泛应用于石化、热能动力、给排水等工程领域的流体输送，其内部流体与管壁的相对运动将产生一定程度的振动而使管迫系统动力失稳，严重时会给系统运行带来灾难性的毁坏.而现今原油集输管线中普遍为油水两相流，流动复杂，且通过弯管时由于固壁的突变，使得流动特性更为复杂.因此，研究水平弯管内油水两相流的速度、压力分布等流动特性，不仅能够为安全输运、流动控制等提供依据. 还可为管线防腐、节能降耗措施选取等提供依据.混合物模型（Mixlure 模型）典型的应用包括低质量载荷的粒子负载流、气泡流、沉降旋风分离器等，混合模型也可以用于没有离散相相对速度的均匀多相流。
一、实例概述选取某输油管道工程管径600mm的90°水平弯管道，弯径比为3，并在弯管前后各取5m直管段进行建模，其几何模型如图所示。
为精确比较流体流经弯管过程中的流场变化，可截取图所示的5个截面进行辅助分析。
弯管进出口的压差为800Pa，油流含水率为20%。
2500500018002500600二、模型建立1.启动GAMBIT，选择圆面生成面板的Plane为ZX，输入半径Radius为0.3，生成圆面，如图所示。
2.移动圆面，选择圆面，Move在Global下的x栏输入1.8，完成该面的移动操作。
3.选取面，Angle栏输入-90，Axis选择为（0,0,0）→（0,0,1），生成弯管主体，如图。
4.在Create Real Cylinder面板的Height栏输入5，在Radius1栏输入0.3，选择AxisLocation 为Positive X，生成沿x方向的5m直管段，如图所示。
5.同方法，改变Axis Location为Positive Y生成沿y方向的5m直管段，如图所示。
6.将直管段移动至正确位置，执行Volume面板中的Move/Copy命令，选中沿y轴的直管段，在x栏输入1.8，即向x轴正向平移1.8。
容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟毕业设计论文
密级公开学号070403毕业设计（论文）容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟北京石油化工学院学位论文电子版授权使用协议论文《容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟》系本人在北京石油化工学院学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩。
本人系作品的唯一作者，即著作权人。
现本人同意将本作品收录于“北京石油化工学院学位论文全文数据库”。
本人承诺：已提交的学位论文电子版与印刷版论文的内容一致，如因不同而引起学术声誉上的损失由本人自负。
本人完全同意本作品在校园网上提供论文目录检索、文摘浏览以及全文部分浏览服务。
公开级学位论文全文电子版允许读者在校园网上浏览并下载全文。
注：本协议书对于“非公开学位论文”在保密期限过后同样适用。
院系名称：机械工程学院作者签名：学号：0704032011 年 5 月27 日毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
基于CFD的内锥式油水分离旋流器结构优化研究
基于CFD的内锥式油水分离旋流器结构优化研究基于CFD的内锥式油水分离旋流器结构优化研究摘要：内锥式油水分离旋流器是一种常用于油田和石油化工中进行油水分离的设备。
本文使用计算流体动力学 (CFD) 方法，对内锥式油水分离旋流器的结构进行了优化研究。
通过改变旋流器的结构参数，如锥形角度、锥形长度和入口尺寸等因素，探索了其对旋流器分离性能的影响。
研究结果表明，优化后的内锥式油水分离旋流器可以显著提高分离效率，并减少油水混合液中的油含量，为油田和石油化工行业提供了一种高效的油水分离设备。
1. 引言内锥式油水分离旋流器是一种常用的分离设备，透过内置的旋涡室，将油水混合液旋动分离，从而实现油水的分离。
然而，目前内锥式油水分离旋流器的结构参数仍有待进一步优化，以提高其分离效果和分离速度。
本文旨在通过数值模拟方法，对内锥式油水分离旋流器的结构进行优化研究，以期提高其分离性能。
2. 方法2.1 CFD模拟本文使用ANSYS Fluent软件进行计算流体动力学模拟。
在建模时，采用了三维非稳态计算模型，并考虑了黏性流体、湍流和多相流动。
网格生成采用了结构化网格，确保了计算结果的准确性。
2.2 模型验证为了验证CFD模型的准确性，本文将理论模型和CFD模拟结果进行对比。
通过对几组已知工况进行模拟，比较实验结果和CFD模拟结果的差异，验证了CFD模拟的可靠性。
3. 结果与讨论通过改变内锥式油水分离旋流器的锥形角度、锥形长度和入口尺寸等参数，进行了一系列数值模拟实验，并分析了分离效果的变化。
3.1 锥形角度对分离性能的影响通过改变锥形角度，我们发现随着锥形角度的增大，油水分离的效果逐渐增强。
这是因为较大的锥形角度能够更好地引导油水混合液旋动，并促使油水的分离。
3.2 锥形长度对分离性能的影响研究发现，锥形长度对内锥式油水分离旋流器的分离性能有着显著影响。
较长的锥形长度可以提供更大的分离空间，使得分离效果更为显著。
3.3 入口尺寸对分离性能的影响通过改变入口尺寸，我们发现较大的入口尺寸有利于提高分离效果。
液态金属螺旋管式直流蒸汽发生器数值模拟研究
湍流，从以下的输运方程中可获得湍动能k和 湍流耗散率％
d
+ $t
+
"k
Gk +Gh — % —Yp + Sk
(8)
A —l($
+
T 4 — 1SS GJ +C%kC3G'
9)
原子能科学技术 第55卷
k * A s ，A 槡s
(10)
%
式中：Gw为速起的湍动能增量;Ym为脉动膨胀引起的
湍流耗散率增量；G和C%为常数；k和".分别
为k%的湍流普朗特数;S和S%为源项$
2.2液态金属流动传热模型
相比于常规流体，液态金属的热物理性质
存在较大差异，如液态金属的导热能力远大于
常规流体$因此，对于液态金属，其热扩散能力
远大于动量扩散能力，导致其普朗特数 0.01〜0.06)与常规流体(,Pr)1)相差巨大$ 因此，对于液态金属流动的数值模拟，湍流普朗
蒸汽发生器是核反应堆动力系统的重要组 成部分，是将反应堆一次侧的热量向二次侧传 递的关键枢纽。相较于直管式蒸汽发生器，螺
） 旋管式直流蒸汽发生器（HCOTSG 有一些突
：1） 出优势「门 HCOTSG的特殊结构，使得其相
比较直管式蒸汽发生器，在体积相同的情况换 热效率大幅提升，同样热负载相同的条件下，其 将使得动力系统布置更加紧凑，也更符合核能
收稿日期2020-0727；修回日期2020-10-09 基金项目：科技部重点研发计划(2019YFB1901300) *通信作者：王成龙
第7期 杨宇鹏等：液态金属螺旋管式直流蒸汽发生器数值模拟研究
1289
characteristics and structural design optimization of liquid metal HCOTSG. Key words: helical coil once-through tube steam generator (HCOTSG)； liquid mental； numericalsimulation
螺旋管分离器流场分布及影响规律分析
水 处理 站新建 和改造 的重 要项 目
。
含 油废水 处理 的难易 程度 随其来源 及污 油的 状 态和组 成不 同而 有 差异 ， 处 理 方法 按 原 理 其 可分为 物理 法 （ 降 、 械 、 心 、 粒 化 、 滤 、 沉 机 离 粗 过 膜分离 等 ） 物 理 化 学 法 （ 选 、 附 、 子 交 换 ； 浮 吸 离
旋 管 的 流 场模 拟 。 对 回转 半 径 和 入 口流 量 时 流 场分 布 和 螺 旋 管 分 离器 分 离性 能 的影 响做 了分 析 。 模 拟
结 果 表 明 ， 旋 管 的 回 转 半 径 和入 口流 速 是 影 响 分 离效 果 的 两 个 主要 因素 。 另外 ， 旋 管 开孔 的 孔 径 尺 螺 螺 寸 对 分 离效 果 也产 生一 定的 影 响 。 在 本研 究 中 ， 回 转 半 径 为 ５ ０ ３ － ＂ ０ ｍｍ、 口速 度 为 ０ ３ ／ 入 ． ｍ ｓ时达 到 理 想
等 ） 化 学法 （ 聚 、 ； 凝 酸化 、 盐析 、 电解 等 ） 生 物 化 ； 学法 （ 性污 泥 、 物滤池 、 活 生 氧化 塘等 ） 。
螺 旋管分 离器 独 特 的结 构 特 性 ， 自生 离 心 能
混合 物分 离 。为 了加快 油水 的分 离速度 和增强油 水分 离 的效果 ， 旋管 是 利 用重 力 场 和螺 旋 管分 螺 离器 所产 生 的离心力场 共 同作用 而实现 油水高效
螺旋 管分 离器 的结构 简 单 ， 是 由 于它 特殊 但 的几 何形 状 ， 构 参数 和 操 作参 数 变 化对 其 分 离 结
性 能都有 很大 的影 响 ，因此 笔者 主要研 究螺旋个
参 数变 化规律 开展 了初步 的研究 工作 。
海底埋地热油管道泄漏扩散的数值模拟
海底埋地热油管道泄漏扩散的数值模拟刘瑞凯，吴明，朱本光，冯云飞（辽宁石油化工大学石油天然气工程学院辽宁抚顺 113001）摘要:采用有限容积法建立海底饱和含水淤泥多孔介质的流固耦合传热模型。
利用FLUENT软件数值模拟了海底埋地输油管道输送过程中海泥温度场变化及原油在海泥中的分布规律。
分析了原油泄漏后在海水中的分布规律。
对泄漏后海泥温度场的模拟表明：管道泄漏后，一定时间内管道周围海泥温度波动比较剧烈，由于受海底温度的影响，泄漏前锋原油温降较快，热影响区范围变化逐渐趋于平稳。
且随泄漏位置的不同，海泥温度场变化及海泥原油分布差异较大。
当原油从海底海泥介质中到达海水底层后，在海水浮力的作用下流向海面，流动过程受到海水流动速度海平面风速等因素的影响。
为以温度传输为基础的海底埋地管道泄漏检测提供了一定的理论基础。
关键词：海底管道；泄露；含水多孔介质;数值模拟The submarine buried hot oil pipeline leakage and diffusion numerical simulationLiu Rui kai, Wu Ming, Zhu Ben guang, Feng Yun fei( Liaoning Shihua University College of petroleum engineering Liaoning Fushun 113001 )Abstract: Build a fluid solid coupling heat transfer model of submarine saturated silt porous media, using the Finite Volume method. With the use of FLUENT software, numerical simulate the changes of mud temperature in the submarine oil pipeline buried in mud conveying process and the distribution rule of crude oil in mud. Also analyze the distribution rule of crude oil leaking in the sea water.The simulation on oil-leaked mud temperature indicates: Within a certain period of time, when the pipeline leaks, the temperature of the mud near the pipeline fluctuates relatively severe. Due to the influence of the temperature on the bottom of the sea, the temperature of fo rward leaked crude oil drops faster, and the heat affected zone turns gradually stabilized. And with the different position of the oil leakage, temperature of the mud changes and the mud oil distribution is different.When the crude oil reaches the sea bottom from the sea bed mud medium, it will flows to the sea surface, with the faction of seawater buoyancy. The flow process is affected by the flowing speed of the sea and the sea surface wind and other factors. It provides certain theory basis for the submarine buried pipeline leak detection which is based on the temperature transmission.Key words: Submarine pipeline; Leakage ;Aqueous porous medium; Numerical simulation引言随着海上油气资源的不断开发，海底管道作为一种相对稳定的输送方式，在未来的海洋油气资源开发中将会得到更多的应用。
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=
其中 , g 是重力加速度 ,τp是 q 相剪应力张量 , Fq 是 q 相体积力 , Flift , q是升力 , Fvm , q是附加质量力 , Kpq是相 间动量交换系数 , p 是各相共享的压力 。vpq是相间速 度 ,定义为 :如果 mpq > 0 (即 p 相的质量被传递到 q 相) ,则 vpq = vp , 否则 vpq = vq 。相间动量交换系数 Kpq 依赖于磨擦 、压力 、内聚力和其他的影响 。对油2
周永等 :油水分离技术研究之一 ———直管和螺旋管的数值模拟
543
捕捉到湍流的重要特性[10] 。本文采用比较简单的混 合 k2ε模型是最合适的 。
描述混合模型中的 k 和ε的方程如下 :
人们通常采用重力分离 (利用各相密度不同产 生的浮力) 和离心分离 (利用物质旋转运动产生的离 心力) 等原理来实现油 、气 、水三相介质分离 。我们 认为要实现海洋石油开采所要求的高效分离 ,各种 分离原理综合使用 , 取长补短 , 是行之有效的方 法[2] 。为此 ,我们提出了结合离心 、重力 、膨胀 、振动 多种分离原理于一体的高效分离器设计方案 (见图 1) 。此分离器装置主体为一长方体封闭容器 ,隔板 将容器分成两个腔室 ,用于处理不同比例的油水混 合物 。容器外环绕 T 形管装置 ,油气水混合物由主 管入口进入 T 形管 ,气体首先经支管聚集到上层管 道 ,并由气体喷嘴射入容器内 。油水混合物则进入 螺旋管离心分离 ,在螺旋管外壁适当部位开孔 ,将螺 旋管外侧的水导出到容器中 ,并在腔室内重力沉降 。
水两相流 ,每个二次相都假定为油泡或水滴 ,相间交 换系数可以写成如下形式[8] :
Kpq = αp (αρp p + αρq q) f / τpq
(3)
Flift = - 0. 5αρp p | vq - vp | ×( ×vq) (7) 动量守恒方程中的附加质量力的计算公式为 :
Fvm
=
1 2
αρp p
图 1 分离器模型
式中 ,描述油泡或水滴迟豫时间的参数 τpq 定义为 :
τpq
=
(αρp p
+ αρq q) ( ( dp + dq) / 2) 2 18 (αpμp + αqμq)
(4)
式中 dp 是 p 相 粒 子 的 直 径 , 参 数 f 定 义 为 : f = CDRe/ 24 ,阻力系数 CD 取为[8 ] :
q
p
= 0。
3. 2 动量方程
考虑重力作用的任一相 q 的动量守恒方程为 :
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水 动 力 学 研 究 与 进 展 2004 年第 4 期
dvq dt
-
dvp dt
q
(8)
上式中下标 q 表示对 q 相的质点导数 。 3. 3 湍流模型
混合湍流模型是单相流 k2ε模型的最先推广 ,可 用于多相的分离 、分层流以及相间密度比接近于 1 的 情况 。这些情况下 ,利用混合物特性和混合速度足以
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Ξ 收稿日期 : 2004203229 (2004204227 修改稿) 基金项目 : 中国科学院与中国海洋石油总公司科技合作项目 ;中国科学院“十五”重大项目 ( KJCX22SW2L03) 作者简介 : 周永 (1979～) ,男 ,北京人 ,硕士研究生 。
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2. Department of Engineering Mechanics , Tsinghua University , Beijing 100084 ,China
3. Research Center , China National Offshore Oil CORP. , Beijing 100027 ,China)
Abstract : Separation of oil2water mixture flow in both straight and helical pipes is studied numerically , in which the Euler2Euler method and Euler model are adopted. The basic control equations for the oil2water two2phase flow separation consist of the continuity equations and the momentum equations. The k2εmode is used as the turbulence model and the SIMPLE algorithm is applied for the discretization and so2 lution of the basic control equations. Some numerical results for both straight and helical pipes are obtained with the commercial software Flu2
关 键 词 : 数值模拟 ;油水分离 ;螺旋管 ;直管 中图分类号 : O359 文献标识码 :A
Research on oil2water separation technique I ——— numerical simulation in both straight and helical pips
24 (1 + 0. 15 Re0. 687) / Re Re ≤1000
CD =
(5)
0. 44
Re > 1000
图 2 q qv
q)
+
·(αρq qv2q) = -
(αqp) -
若连续相为 q , 离散相为 p ,则相对 Reynolds 数的定 义为 :
Re
= ρq |
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ent. The results indicate that the methods proposed in this paper may simulate the oil2water separation in the straight pipe by gravitational force and that in the helical pipe by both gravitational and centrifugal force , and the results may afford reference to the experiment.
Key words : numerical simulation ;oil2water separation ; helical pipe ; straight pipe
1 引言
随着石油工业的发展 ,陆上油田油 、气 、水 、砂分 离技术和生产工艺日臻完善 。但海洋石油的大规模 开采 ,对油 、气 、水的多相分离技术又提出了新的挑 战 。这是因为海上油田油气水分离装置安装在生产 平台上 ,要求三相分离器的结构简单 、体积小 、重量 轻 、分离效率高 、处理量大 、容易安装维护 、安全可 靠 ,以减少平台造价和维护费用 。这些要求使分离 器的研制成为海洋油气开采和输送中亟待解决的关 键技术问题[1 ] 。
3 油2水两相流的基本方程
对于油水分离问题 ,目前 ,要精确地模拟这种极 为复杂的多相流动几乎是不可能的 。鉴于本问题的 特点 ,采用 Euler2Euler 法和 Euler 模型进行数值模 拟 ,并采用分相流模型来描述分离器中的油2水两相 流动[3～7 ] 。 3. 1 连续方程
连续方程体现为各相的组分方程 。油 、水两相 的体积组分方程为 :
为了达到该分离器的性能指标 ,需要详细研究 分离器各部件以及整体设备的分离效果 。因此 ,在 进行实验的同时 ,我们与清华大学流体力学实验室 合作进行了数值模拟研究 。本文主要介绍采用数值 模拟方法研究多相分离器性能的一些初步计算结 果 ,并简单介绍相关的实验研究工作 。
2 多相分离实验简介
实验工作在中科院力学所的多相分离实验室进
A 辑第 19 卷第 4 期
2004 年 7 月
水
动 力 学 研 究 与 进 展 JOURNAL OF HYDRODYNAMICS
Ser.
A , Vol. 19 ,No. 4 July , 2004
文章编号 :100024874 (2004) 0420540207
vp - vqdp |
μq
(6)
=
·τq + αρq qg + αρq q ( Fq + Flift , q + Fvm , q) +
Kpq ( vp - vq) + m pqvpq
(2)
本文计算方法中可以考虑作用在离散相小滴上 的升力 。对于大粒子而言 ,这种升力是重要的 。连续 相 q 作用在离散相 p 的升力按下式计算[9] :
ZHOU Yong1 , WU Ying2xiang1 , ZHENG Zhi2chu1 , LIU Qiu2sheng2 , LI Qing2ping3
(1. Institute of Mechanics , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100080 ,China
行 。实验设备主管直径 50mm ,管长 15m ,管内气体 最大流速可到 50m/ s ,液体最大流速可达 2m/ s。可 以模拟多种不同流态的气液两相流动 ,以及各种配 比的油水和油气水混合流动 ,并可进行稠油实验 (如 图 2) 。