导叶式液-液旋流器内流场分布特性研究.pdf

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1、石油机械CHINAPETROLEUMMACHINERY2010年第38卷第l0期．．试验研究导叶式液一液旋流器内流场分布特性研究王振波任相军陈磊马艺金有海(中国石油大学(华东)机电工程学院)摘要为了探寻导叶式液一液旋流器内部流场的流动规律，针对旋流器内部流场的分布特性，借助激光多普勒测速技术(LDV)对其柱锥段内部流场进行了测试分析，发现导叶式液．液旋流器内切向速度存在“双峰”分布，轴向速度存在轴向零速过渡区(WzVV)；流量的增大增加了切向速度和轴向速度值，但对无量纲速度无影响。对测试数据的分析可知，导叶式液一液旋流器内切向速度准自由涡参数n与轴向位置和径向位置

2、r有关，在主分离区域内n值为0．30～0．56；wzVV内临界面为圆柱形面，外临界面是一个柱锥联合面，WzVV的锥角为3。，略大于水力旋流器锥段部分的半锥角。关键词液一液旋流器流场分布特性LDVWZVV0引言液一液旋流器因具有分离效率高、占用空间小和操作简单等优点，在石油和化工等行业得到广泛的应用¨。决定其压力特性及分离性能的是液．液旋流器内复杂的内部流场。为了更好地预测旋流器的分离效率和设计出更高效的旋流器，就要了解其图1LDV测量旋流器内部流场试验装置图内部流场的分布特性J。1一LDV测量系统；2一压力表；3一水力旋流器模型；4一针对旋流器内部流场的分布特性，

3、笔者借助先流量计；5一阀门；6一离心泵；7一搅拌器；8一水箱。进的激光多普勒测速技术(LDV)测得了导叶式1．2流场测试方案液．液旋流器内部的切向和轴向速度分布特点，分柱锥段是液一液旋流器的主分离区，测试试验析计算得到切向速度准自由涡参数n，并且绘制了主要针对柱锥段进行。LDV测试试验的截面布置轴向零速过渡区。这为导叶式液一液旋流器的设计如图2所示。每个截面上测试步长为1mm(高精改进及工程应用提供了指导和依据。度坐标架控制，控制精度0．0lmm)，关键区域步长为0．5mm。1流场测试试验装置及试验方案llI⋯IIIIllIlll-m．Illlll一Ilt．1流场

4、测试装置234c，910l112J液一液旋流器LDV测试试验装置主要由导叶式图2LDV测试试验截面布置图液一液旋流器模型、液流循环系统、LDV激光测量以流量Q=3in／h、溢流比，=10％为基准操系统和流压测量系统组成，如图1所示。LDV激作参数，测试截面1～13上的轴向和切向速度分光多普勒测速系统为美国TSI公司生产，包括光路布，然后测试Q=2、4和5m／h时截面3、5、8、系统、信号处理系统和数据处理软件包。10和12上的轴向和切向速度分布，进行不同截面基金项目：国家高技术研究发展计划项目“井下多相分离、同井采油同注及油砂混举技术研究”(2006AA06Z22

5、4)的部分内容；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目“炼油厂重污油脱水回炼、零排放处置工艺及装备技术开发”(09CX05011A)的部分内容。2010年第38卷第10期王振波等：导叶式液液旋流器内流场分布特性研究一19一和不同流量操作参数下的导叶式液一液旋流器内轴11向和切向速度对比分析。，、l2测试结果分析智足恩2．1流场全貌图3是入口流量Q=3m／h，溢流比，=10％径向位置m时导叶式液．液旋流器的内部切向和轴向速度场分a．截面5布示意图。图中，左侧为切向速度，右侧为轴向速1度。从图中可以看出：①导叶式液一液旋流器内的，、11切向速度分布并非完全呈现经典的“

6、Rankin”涡结构，而是沿相当长的轴向位置上呈“双峰”分越嚣布，在准自由涡区切向速度下降到一定程度后，重厦新开始增大至一新的峰值，这是该旋流器的一大优恩点，近边壁区域增大的切向速度增强了旋流场的强径向位置r，mm度，更利于近壁区域分散相向轴心区域的迁移，提b．截面10高了旋流器的分离效率；②导叶式液一液旋流器内图d不同流量下的切向速度分布^／域焉_軎星轴向速度分为上行流(沿轴心上行经溢流口排O00O00007654321O走)、下行流(沿器壁下行径底流排走)和轴向零速过渡区(WZVV)，WZVV的存在，使得液滴在过渡区内的停留时间延长，从而增大了液滴被分离的概率

7、；另外，WZVV内临界面近似为圆柱面使得分离粒度得到一定程度的稳定。这是该旋流器的又一大优点。径向位置r，mma．截面50体h—1O0·l一■f；一200。＼辐葡础一—_嚣珈0-1—径向位置r／mm暴＼／1b．截面10-一400＼—————1—一一图5不同流量下的切向无量纲速度分布V——一—5O0’2．2．2切向速度准自由涡参数凡．描述旋流器切向速度分布的公式中，以Bradley0102O30405060径向位置r／mm和Pulling根据Kelsal的激光测试试验数据所提出图3柱锥段的切向和轴向速度分布示意图的表达式最为简单，也最为常用，该表达式为：2．2切向速

8、度F0=C