含气条件对井下油水分离旋流器性能影响的数值模拟.pdf

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1、第41卷第5期化工机械629含气条件对井下油水分离旋流器性能影响的数值模拟4蒋明虎”宫磊磊徐保蕊赵立新(东北石油大学机械科学与工程学院)摘要为探究气体对井下油水旋流器性能的影响规律，针对新型螺旋流道倒锥式旋流器，采用Fluent软件对气液比分别为o．ol、o．03、o．05、o．08、0．10时旋流器的油相分布进行模拟分析。通过对比分析发现：不合气时旋流器的分离效率为89．3l％；在结构参数币口分流比不变的条件下，旋流器分离效率随气液比的增加呈降低趋势，气液比为0．10时，分离效率为36．90％；气液比越大，溢流口的油相体积分数越小，底流口的油相体积分数越大；溢流口和底流口的压力损失随

2、气液比的增大而递减。关键词旋流器井下分离气液比分离效率油相体积分数中图分类号TQ051．8文献标识码A文章编号0254_6094(2014)05m629_04井下油水分离旋流器利用不互溶介质问的密度差进行离心分离，重质相由底流口排出，轻质相由溢流口排出’11。旋流器本身无运动部件，混合液在入口压力的作用下进入旋流器并高速旋转旧’引。井下油水分离旋流器工作时，进入旋流器的采出液含有一定量的伴生气，气相的存在既改变了设备内的流动与分离条件，也增加了相间混合和湍流程度M1，对旋流器的分离性能产生一定影响。为探究气体对井下油水旋流器性能的影响规律，针对新型螺旋流道倒锥式旋流器，笔者采用F1ue

3、nt软件对气液比分别为0．0l、0．03、0．05、0．08、0．10时旋流器的油相分布进行模拟分析。笔者的主要目的是研究气液比对旋流器的油相分布、分离效率和压力损失的影响及其变化规律。1旋流器模型笔者选用新型螺旋流道倒锥式旋流器，初始模型旋流腔主直径50mm，主相水密度

4、p，=998．2kg／m3，粘度肛。=1．003mPa·s，油相密度p2=889kg／m3，粘度肛：=1．06Pa·s，模型的计算采用雷诺应力算法"’⋯。初始边界条件：入口速度为0．8—ll／s，入口含油体积分数2％，油相粒径0．3mm，溢流分流比为20％；假设壁面不可渗漏，无滑移，利用壁面函数方程计算剪应力和近壁处

5、的湍动能、湍流扩散率；残差精度设置为1×10～。在Fluent前置软件Gamobit中对旋流器模型进行网格划分，选择合适的网格划分形式可提高网格的质量，而网格质量直接影响计算结果和计算稳定性o7

6、。由于在网格数量相同的条件下，结构网格比非结构网格所需的计算时间短，而且计算结果更精准、收敛性更强，因此采用六面体结构网格。由于螺旋入口处混合相流动状态较复杂，因此在该处对网格进行加密，最终划分的网格数约为15万(图1)。图1旋流器模型网格划分2数值模拟与分析2．1不含气条件下图2为不含气时旋流器内部和溢流口的油相体积分数分布云图，从图2可以看出：旋流器的油}国家“863”计划课题资助项目(2

7、012AA061303)。料蒋明虎，男，1962年7月生，教授。黑龙江省大庆市，163318。630化工机械2014年水分离性能较好，油相基本由溢流出口排出，旋流器轴心和溢流口处有明显的油核，其分离效率可达89．31％。潦禧谁羲势黪·⋯·鏊a内部§斡I—b．溢流口图2不合气时旋流器油相体积分数分布云图2．2含气条件下为研究入口气体含量对旋流器油水分离性能的影响，在结构参数、分流比和其他设置参数不变的条件下，分别对入口气液比为0．01、0．03、0．05、0．08、0．10时旋流器的油相分布进行模拟分析。图3为不同气液比时旋流器溢流口油相体积分数分布云图，从图3可以看出：气液比为0．00

8、时，溢流口的油相体积分数最高，约为16．0％；随着入口气液比增大，溢流口的油相体积分数不断减小，当气液比为0．10时，溢流口的油相体积分数最低，约为5．0％。黪●●●涟●●●图3不同气液比时旋流器溢流口的油相体积分数分布云图图4为不同气液比时旋流器溢流口入口下方2mm处的油相体积分数分布，从图4可以看出：在入口压力的作用下，混合液进入旋流器中并高速旋转，气相密度小于油相密度，致使部分油相向边壁运动，从底流口排出，导致溢流口的油相体积分数随气体含量增加而减小；气液比为0．00时，轴心处的油相体积分数最大，边壁处的油相体积分数最小；当气液比为0．10时，轴心处的油相体积分数减至最小，边壁处

9、的油相体积分数增至最大。图4不同气液比时旋流器溢流口下方2mm处的油相体积分数分布图5为不同气液比时旋流器溢流口下方50mm处旋流腔的油相分布，由图5可见：油相主要集中在旋流腔轴心；在旋流腔轴心处，气液比为0．00时油相体积分数最大，气液比为0．10时油相体积分数最小；而在旋流腔边壁处，气液比为0．10时油相体积分数最大。说明气相的存在是导致油相向边壁运动的主要原因。图5不同气液比时旋流腔的油相体积分数分布气体不仅影响旋流器的油相分布，还会影响