摘 要:

根據(jù)計(jì)算流體力學(xué)的原理和方法，以流場(chǎng)數(shù)值模擬為基礎(chǔ)，利用大型流體計(jì)算軟件FLUENT對(duì)螺旋管復(fù)合氣液分離器螺旋分離部分內(nèi)部流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了模擬分析，得出了內(nèi)部流場(chǎng)的分布特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，以提高分離效率為目的對(duì)螺旋管復(fù)合氣液分離器的整體結(jié)構(gòu)、運(yùn)行參數(shù)、螺旋分離部分的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了螺旋分離部分最優(yōu)的結(jié)構(gòu)尺寸和分離器最佳的運(yùn)行參數(shù)。

關(guān)鍵詞:

旋流分離器;氣液分離;優(yōu)化;數(shù)值模擬

中圖分類號(hào):TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):16723198(2009)21029202

1 螺旋管復(fù)合氣液分離器工作原理分析

螺旋管復(fù)合氣液分離器，屬?gòu)?fù)合式氣液分離器。結(jié)合了容積式氣液分離技術(shù)和旋流分離技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分離效果好、適應(yīng)流量和含氣量范圍大等優(yōu)點(diǎn)。特別適合應(yīng)用于海洋采油平臺(tái)或海底下生產(chǎn)系統(tǒng)的操作空間和承載重量都受到嚴(yán)格限制的生產(chǎn)環(huán)境。螺旋管復(fù)合氣液分離器的結(jié)構(gòu)模型是以立式容積式氣液分離器為母體，并結(jié)合了旋流分離原理的螺旋分離部分。整個(gè)分離器可以分為三個(gè)組成部分:集氣部分、螺旋分離部分、集液部分。

分離器的工作原理是:氣液混合流體首先通過混合液流進(jìn)口進(jìn)入螺旋分離部分的螺旋管，隨即產(chǎn)生離心加速度，在離心力和重力共同作用下密度大的液體向管道外下側(cè)聚集，密度小的氣體向管道內(nèi)上側(cè)聚集，在螺旋管道內(nèi)上側(cè)開孔，即可排出氣體。此過程即旋流分離過程。當(dāng)流體含氣量很少或總體流量較小時(shí)，分離器主要依靠集氣部分和集液部分進(jìn)行重力分離。即此時(shí)采用容積式分離技術(shù)。氣液混合流體經(jīng)螺旋分離過程之后實(shí)現(xiàn)分離，分離出的液體在分離器下部聚集，沉降到一定程度后經(jīng)下部的排液口排出，而分離出的氣體則經(jīng)重力沉降部分沉降攜帶的液滴后進(jìn)入集氣部分匯聚然后經(jīng)上部氣體出口排出。也就是說整個(gè)分離器的分離過程應(yīng)用了重力沉降分離原理和離心力分離原理。

2 螺旋分離部分兩相紊流數(shù)值模擬

2.1 模型相關(guān)初始參數(shù)的設(shè)定

計(jì)算中所取物性參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考察綜合選定為:油的密度860kg/m3，動(dòng)力黏度0.048kg/m#8226;s，天然氣密度0.7 kg/m3，動(dòng)力黏度為1e06kg/m#8226;s，操作壓強(qiáng)為101325Pa，重力加速度9.81m/s2。油氣混合物入口流速為12m/s，天然氣體積分?jǐn)?shù)為80%，經(jīng)過腔內(nèi)的螺旋管，在重力與離心力共同作用下進(jìn)行分離。

2.2 內(nèi)部流場(chǎng)的模擬結(jié)果分析

通過對(duì)氣相和液相體積分?jǐn)?shù)分布云圖的觀察可直觀的得到螺旋管內(nèi)部流場(chǎng)的兩相分布情況。