大锥角对井下油水分离水力旋流器性能的影响

大锥角对井下油水分离水力旋流器性能的影响

用水旋流器是利用油、油两相液体密度差和离心作用实现水、油分离的装置。随着对旋转流器分离机制的研究，对整个流场的形成和大锥形分离的影响引起了人们的注意。当使用流量旋流器进行井油分离时，井运行空间限制了流量旋流器的径向结构，不利于分离，因此，大锥形的处理量也降低。大柱角作为流量旋转器的重要结构参数，其变化的业务分布、动量矩和分离效率对大柱角的变化密切相关。对于标准脱油水流量流量流量流量流量装置的结构，大柱角为20，小柱角为1.5。根据实验的结果，大柱角应为25。28.fluent软件。我计划模拟水旋转器的大柱段。从大柱角中选择不同的角度，在不同的角度上调整大柱角，并确定地下水旋转器的最佳角度值。1模型和数值法1.1水的动力黏度水的密度ρw为9.982×102kg/m3,水的动力黏度μw为3.003mPa·s;油的密度ρo为8.89×102kg/m3,油的动力黏度μo为3.06×103mPa·s.1.2溢流前充放电场建模选用典型的双锥体液-液水力旋流器,只改变大锥角α,对旋流器的切向速度、轴向速度、压力降以及油相体积分数进行数值模拟.大锥角分别取为25°,26°,27°,28°.旋流器主直径为28mm,小锥角为1.5°.分析时选取与旋流器顶部距离Z为0.086m处的截面.将溢流嘴所形成的体从旋流器中去掉,简化水力旋流器结构,同时将入口简化为环形截面,为减少计算网格数量,将对流场影响较小的尾管段忽略不计.采用贴体坐标划分网格,分区域生成非结构化网格,使网格分布与计算域的几何形状一致,以捕捉边界特征.基于有限体积法,将控制方程转换为可以用数值方法求解的代数方程;方程的离散对对流项采用二阶迎风差分格式,扩散项采用中心差分格式;压力-速度耦合采用SIMPLE算法,压力插值为PRESTO!格式.旋流器模型的网格划分见图1.1.3/43/2i/2i/2i/0.清水河3/4.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3微生物流体循环方程.3.2.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3.3(1)入口边界:油水两相流体均匀混合,垂直边界流入.入口速度vi=qi/Ai,入口处湍动能Ki=(0.12vi)2,入口处湍动能耗散率εi=C3/4μμ3/4K3/2i/(0.007De).其中,Cμ=0.09为经验常数,qi为入口流量,Ai为入口截面积,De为入口当量直径,与Ai相关.(2)溢流出口边界:溢流速度vo=4qo/(πd2o),溢流口湍动能Ko=(0.12vo)2,溢流口湍动能耗散率εo=C3/4μμ3/4K3/2i/(0.007do).其中,do溢流口直径,qo溢流口流量.(3)底流出口边界:按照湍流流动充分发展处理.(4)固壁边界:按无滑移边界条件处理.2其他旋流器应力模型雷诺应力模型适合于水力旋流器的流场分析,且雷诺应力输运方程中的对流项和产生项可以随流线曲率的旋转而自动调节,具有更强的描述复杂湍流的能力.为改善旋流器中强旋湍流的预报结果,采用基于各向异性湍流的代数应力模型或雷诺应力模型.3结果分析选用入口流量为4m3/h的水力旋流器,入口处油相体积分数为2%.3.1大锥角+近地层分区不同大锥角时水力旋流器的切向速度分布曲线见图2.由图2可知,从边界开始,随半径的减少速度逐渐增大,到达最大切向速度点后,切向速度逐渐减小,直至中心点处切向速度值为0.以最大切向速度点为界,速度分布分为外涡流区与内涡流区.随着大锥角的增大,最大切向速度也逐渐增大,大锥段的旋流强度越强,流场变得更加不稳定;油滴所受的切向力也增大,直到油滴破碎成稳定的小油滴,从而提高旋流器的分离效率.在内涡流区,当大锥角为26°时,最大切向速度最靠近中心点;在外涡流区,当大锥角为26°时,切向速度沿径向的速度梯度变化不大,降低液滴的剪切破碎,并且在外涡流区切向速度最小,从而有利于提高分离效率.3.2大锥角轴向速度分布不同大锥角时旋流器轴向速度矢量分布见图3.由图3可以看出,旋流器具有明显的零轴向速度包络面(LZVV),双锥体液-液水力旋流器是一个柱锥联合面,并以该包络面界将流场分成内、外旋流区.在内旋流区的轴向速度指向溢流口,随着半径的减小,轴向速度增大,在中心线附近达到最大;在外旋流区,旋流器器壁附近流体的轴向速度达到最大,随着半径减小,轴向速度亦减小.旋流器内部流场的轴对称性较好,紊流现象不明显.不同大锥角时水力旋流器的轴向速度分布曲线见图4.由图4可以看出,随着大锥角的增大,内涡流区轴向速度基本相同;在外涡流区轴向速度减小,并且对应的LZVV内的轴向速度略有提高,液体受到的反力增大,更容易向中心移动,轴向速度在轴心附近有所增大,其它区域保持不变.矢量分布3.3大锥角为26时混合介质不同大锥角时的油相体积分数分布曲线见图5.由图5可以看出,当大锥角为26°时,截面处混合介质中油相体积分数达到80%,在壁面处几乎为0,说明轴心处油相体积分数较高,分离效果较好.3.4大锥角的影响不同大锥角时水力旋流器的压力降与分离效率的关系见表1.由表1可见,随着大锥角的逐渐增大,压力降也随之增加,在大锥角为26°时旋流器的分离效率最高.实验验证结果表明,当水力旋流器主直径为28mm,小锥角为1.5°,大锥角为26°时,井下油水旋流器的分离效率最高,可达到95.