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复合式水力旋流器的结构及特性研究

王尊策  
【摘要】:水力旋流器由于其特殊的分离原理及结构特征已成为一种独具一格的分离装置,其应用范围逐步扩大。常规动态、静态类型的水力旋流器在油田产出液的预分离和污水处理中已表现出一定的优越性能,同时也暴露出一些不足。因此,研究开发高性能的新型水力旋流器,以适合于油田发展的需要是十分必要的。 鉴于动、静态水力旋流器各自的优点和局限性,本文提出了一种新结构型式的旋流分离装置——复合式水力旋流器,其保持了动态水力旋流器旋流强度高、压力损失小的优点,旋流分离段采取固定形式,大大降低了结构产生的振动对旋流场稳定的影响。 在建立单元化的复合式水力旋流器试验装置基础上,通过实验分析得出了样机旋转栅的叶栅片数、栅片长度、同步旋转筒长度及溢流口的合理结构参数。试验确定了复合式水力旋流器入口流量与压力损失、入口流量与压降比的关系以及分流比对分离效率的影响和电机转速对压力损失、分离效率的影响关系。 采用多普勒测速系统对静态水力旋流器及复合式水力旋流器样机的切向速度场和轴向速度场进行了测试和比较。给出了复合式水力旋流器切向速度和轴向速度的基本分布规律。 基于RNGK-ε模型的基本理论,通过对K-ε模型的修正,建立了复合式水力旋流器的数学模型。应用控制体积法和交错网格技术实现对输运方程的离散化,采用SIMPLE算法对复合式水力旋流器的内部流场进行数值模拟。并对数值模拟结果与实际测量结果的进行了比较。 结合油田现场工艺流程,先后进行了油田含油污水处理和油井产出液预分离的实验研究,结果表明,复合式水力旋流器是完全可以胜任生产工艺要求。 本文针对复合式水力旋流器的结构及特性所开展的研究工作,为新型旋流器结构参数和操作参数的合理选择提供了依据,也为改善油田水处理效果、提高污水处理的技术水平提供了新的思路。


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