油气分离器内整流元件分离流场的数值模拟

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1、2010年7月西安石油大学学报(自然科学版)Ju1．2010第25卷第4期JournalofXiallShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)Vol_25No．4文章编号：1673-064X(2010)04-0032-04油气分离器内整流元件分离流场的数值模拟邓志安，贾琳，孙洁，丁馨(西安石油大学石油工程学院，陕西西安710065)摘要：为探讨分离器内整流元件的性能优劣，应用标准K一￡模型和多相混合模型，对油气分离器内整流元件分离流场进行了三维数值模拟．通过比较含有

2、4种不同整流元件的分离器内部流场中速度矢量和各相体积分数分布，并与没有整流元件的分离流场进行对比，得到了不同构件的整流特性．研究结果表明，整流元件具有稳定流场、降低流速、抑制涡流的优点，其中田字型板整流元件效果最优，横向平行板次之，而同心圆筒板整流元件的整流效果较差．关键词：油气分离器；整流元件；流场；数值模拟；中图分类号：TE868文献标识码：A油气分离器是石油、化工等行业普遍使用的气值模拟技术研究分离器内流场可揭示各种内部构件液分离设备．长期以来，人们对油气分离器的设计是对流场内不同区域的影响引，但

3、目前对分离器内基于宏观的认识和经验的设计方法，主要以分离器整流元件的模拟研究报道较少，本文应用Fluent6．2设计规范和教科书所给定的计算公式为依据，而对软件对不同整流元件的油气分离器内流场进行三维油气分离器内流场的微观运动机理研究甚少，尤其数值模拟，分析比较不同构件对流场的整流特性，为是对分离器内整流元件的作用机理更是缺乏深入的油气分离器的结构设计和选型提供一定的参考研究，造成对分离器内整流元件的设计停留在感性依据．认识阶段，而对其整流效果的优劣却没有从机理和流场分析的角度去研究，从而造成设计的分离

4、器往1几何模型往效率较低，不能真正满足现场的要求．文献[1]用流体力学理论对分离器流场内液滴的聚结进行了探数值计算采用的重力式分离器模型如图1所讨，给出了液滴聚结模型⋯，但仅仅指出了内流场示．其几何参数为：轴向筒长1．8m(不包括两端的设计的发展方向．封头)，内径384mm，人口内径32IIlm，气体出口内传统的分离器的结构优化，通常采用“理论分径10／llm，液体出口内径15mm．由于仅对整流元件析一初步设计一多样机对比实验”的模式．由于实进行研究，计算模型相对于实际分离器作了一定的验条件的限制，单纯

5、通过实验来研究分离器的性能简化，计算模型没有实际分离器两端的封头设计周期长、费用高．近年来数值模拟技术不断发展，不仅彻底改变了传统的分离器结构优化设计方法，而且资金投入少，计算速度快，不受试验测试手段的限制，可以全面深入揭示分离器内流场的流动规律，大图1重力式分离器模型大缩短研发周期，具有重要的工程应用价值．采用数模拟计算采用4种整流元件，模型如图2所示．收稿日期：2010-03-05基金项目：中国石化集团公司科技攻关项目“油气水砂四相分离技术研究”(编号：2003—108)作者简介：邓志安(1962一

6、)，男，教授，主要从事油气储运工程方面的研究．E—mail：dza一062826@163．corn邓志安等：油气分离器内整流元件分离流场的数值模拟一33一这些元件设置在距分离器人口截面450mm处，整算法求解，差分格式选取一阶迎风格式，压力插补格流板长150mm，厚1mm，板问距均为20mm．式以标准格式为基础．4材料特性与边界条件所采用的介质为水和空气，空气密度为1．225●kg／m，黏度为1．7894×10～Pa·s，水的密度为(a)竖向平行板(b)横向平行板998．2k9／m，黏度为1．003×1

7、0～Pa·s．入口设为速度人口边界条件，人口速度为0．81m／s，气相体积分数为50％；出口采用出流出口边界条件．定义纵向对称面为symmetry边界条件．●●5计算结果及分析(c)同心圆筒板(d)田字板型对图2所示4种整流元件进行了数值模拟，并图2整流元件结构模型对没有整流板情况下的分离器内部流场进行了数值模拟，以此作为对比，此处仍采用分离器对称面处数2控制方程据作为主要研究对象．5．1整流元件的速度矢量图设流场中流体质点的速度为，则质量守恒方图3所示为流体在整流元件区域的速度矢量程为图．从图3(a)

8、中可看出，在无整流构件的分离器中，+div()=0；(1)整个流场中流体的流动比较混乱，在分离器上部的动量守恒方程为气相区域，靠近壁面处气体处于正向流动状态，而且速度矢量较大，结合体积云图来看，此区域主要是单+div(Ov~v)-diV(advi)一V·p+Fv；纯的气相运动．在离开分离器上部的近壁区后，流场(2)中的流体开始出现反向流动，越靠近设备中心区域，能量守恒方程为反向流动的流体比例越高，在设备中心区域出现了k涡流，此涡流区连续分布