重力式油气水分离场中液滴沉降速度模型分析

石油学报/990116

石油学报

ACTA　PETROLEI　

SINICA

1999年 第1期 No.1

1999

重力式油气水分离场中液滴沉降速度模型分析

邓志安*　袁敏　徐建宁

摘要：在流体力学指导下，通过对重力式分离场中分散相液滴行为特性的分析，阐述了在工程实际应用中的油气水分离设备采用传统的液滴沉降速度模型的局限性；初步探讨了分散相液滴碰撞聚合后，其铅垂运动速度和分离时间及液滴粒径的关系；对具有碰撞聚结现象的液滴和孤立液滴二者在沉降速度、分离时间及水平位移方面进行了分析比较；推导出具有碰撞聚结现象的液滴沉降速度模型；提出了在今后重力式油气水分离设备设计中，采用碰撞聚结沉降速度模型进行设计的必要性。

主题词：分离；沉降速度；碰撞；模型；阻力

1　前　言

目前国内油田的重力式油气水分离设备的设计，都是以孤立液滴的沉降浮升为基准进行分析和确定结构尺寸，在设计中忽略了分散相液滴之间的相互碰撞聚结的影响，因而设计的分离器结构长度显得偏大，造成不必要的材料和能量的消耗。而实际的重力分离场中由于存在液滴的碰撞聚合，使得分散相液滴的行为特性比孤立液滴复杂得多，表现在设备特性上，在考虑碰撞聚合现象时，设备的分离效率将有所提高。因此探讨重力式油气水分离场中液滴沉降、聚合现象对指导今后的设备设计、研究和现场应用都有一定的现实意义。

2　传统的沉降速度模型

根据流体力学的分析研究可知，重力式油气水分离设备的流场视为平稳、均匀的层流流动，液滴在流场中的运动，可等效为静止圆球在匀速流场中的绕流运动。假定绕流中不发生液滴的边界层分离现象，在小雷诺数的情况下(Re p≤1)，忽略液滴的惯性力和质量力对其运动的影响，并设连续相流体的流动速度为V，则在图1所示的球坐标系中，液滴表面上所受的法向应力和切向应力在Z方向的合力分别为［1］

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