波纹板内流场模拟计算分析.pdf

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1、第40卷第2期化工机械203波纹板内流场模拟计算分析王力群“倪玲英2郑亚文2张洋洋2(1．中海石油(中国)有限公司天津分公司；2．中国石油大学(华东)石油工程学院)摘要采用数值计算分析了波纹折角和流场速度对波纹板内流场稳定性影响关系，波纹板的折角越大和流场速度较大时，比平板间流场易湍急，流场极不易稳定，会对油滴存在旋卷现象，油滴在旋涡中转圈不能“自拔”，故在应用波纹板时一定兼顾流场速度和波纹板折角大小方能发挥其良好作用。关键词波纹板油滴折角流速模拟分析中图分类号TQ051．8+4文献标识码A文章编号025

2、4-6094(2013)02-0203-04油水分离最常用且最经济的分离方法是重力法，即利用水和油的密度不同，使水中分散悬浮的油滴浮升而将其分离。根据“浅池原理”——水中分散油滴的浮升分离效率只与油滴的终端上浮速度和浮升面积有关，而与浮升高度无关，目前生产实际中广泛应用多层波纹板油水分离器，在相同处理量下，可以脱除粒径更小的油滴，从而提高油滴的分离效率。笔者在对波纹板间流场计算基础上，采用离散相模型结合自编程序UDF，对波纹板内的油滴运动规律影响因素进行了模拟计算分析，为波纹油水分离器优化设计、应用提供参

3、考依据。1模拟条件为使模拟过程合理简化，假设：a．波纹板间流动简化为二维流动，模拟所采用的几何结构如图I所示，其几何尺寸见表I(在此模拟计算中没有特殊说明时，均采用折角a为300所对应几何尺寸)；b．水(20。C的时密度为1000kg／m3，动力粘度为1mPa·s)为连续相、油(20。C时的密度为830kg／m3，动力粘度为50mPa·s)为分散相，且在浮升过程中，油滴间不发生碰撞、聚结相互作用；c．出口设为逃逸边界条件，上、下板面设为捕捉边界，即油滴到达壁面后将被壁面捕捉(油滴被分离)。图1波纹板几何结

4、构表1波纹板几何尺寸另外，波纹板流动的人口条件设为速度入口条件，使用UDF给定人口速度按分布函数关系为u：Ⅱ一丛掣，出口条件设为。utll。w出口，进凡0行流场模拟计算。2模拟结果分析2．1流场速度影响相同波纹析板，当流场流动速度较小时，流场比较平稳，其断面上流速分布规律基本上相似，流体质点沿主流方向层层向前运动，混掺能力较弱，在重力作用下，在流场主流方向上速度明显不对称于中心轴线，但存在着由中心向两边板面逐渐}王力群，男，1959年10月生，高级工程师。天津市，300452。204化工机械2013年递减

5、变化规律，流动速度矢量垂直于有效断面(图2a)。当流速逐渐增大，其各断面上流速分布规律存在差别，流体质点沿主流方向的横向运动，混掺、碰撞能力较强，在几何边界不顺滑处易出现了漩涡，由于流体质点动量频繁交换，有效断面上速度分布趋于均匀化，流动速度矢量不再垂直于有效断面(图2b)。当流场流动速度越大，流场比较湍急，流动不稳定的程度越高，当流速再大时，整个流场处于湍急状态(图2e)。因此，流速大小对流场的稳定性至关重要。

6、一-⋯a．入口最大速度H⋯=0．叭m／s鬟一鬟一蠛鹾b．人口最大速度“⋯=0．03m／s爹麓

7、众厂—I__————————————————⋯—]：=二二：==!!竺!!燮兰I=：==二=竺!!塑兰le．人口最大速度u～=0．04m／8图2波纹折板间不同流速时其速度矢量线及等高线2．2波纹板折角a影响波纹板对流动影响就是不断改变水流方向，使水流不断地以一定角度来适应折板形状、流向出口，波纹板的曲折通道迫使水流形成特殊的流动状态，而其折角是影响流动状态的一个重要因素，入口速度均初始化为M：0．03丛掣。危。从速度矢量模拟计算结果如图3所示：当波纹板折角a设为15。较小时，流动稳定性相对较好；波纹板折角

8、n增大到30。时，通道中流体流动的稳定性差，在几何边界不顺滑处易出现了漩涡；当波纹板折角a为45。时，整个流场处于湍急状态。¨。。．_。．．¨r一．一．p”扣。一．"■I—I““阻‘．-^

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11、角Ot越大，流动就不易稳定，越易产生旋涡。由此可以推测，流道越复杂，流动也就不易稳定，也就越易产生旋涡。3．结束语波纹板对流动影响就是不断改变水流方向，使水流中油滴也不断地改变运动方向来适应折板形状，流向出口。波纹板作为聚结填料比平板存在着很大优势。但是，波纹板折角较大、流场速度较大时，比平板间流场易湍急，流场极不易稳定，对油滴运动的影响关系变得复杂，会对油滴存在旋卷现象，在旋涡中转圈不能“自拔”。因此，在应用波纹板时一定兼顾