發(fā)布時(shí)間：2018-11-03 21:19

【摘要】：沉箱式柱狀旋流分離器是一種擬應(yīng)用在海底的分離器,兼顧兩相和三相分離功能。本文著重研究其兩相分離功能,以入口管下傾預(yù)分離、柱狀旋流主分離、臥式沉箱重力輔助分離的分離機(jī)制進(jìn)行分離器的設(shè)計(jì);以多相旋流分離理論為指導(dǎo),以數(shù)值模擬與試驗(yàn)測試為手段,對分離器主分離區(qū)流場分布特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)影響因素進(jìn)行了深入分析。主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下:分離器主分離區(qū)的模擬研究表明切向速度呈現(xiàn)蘭金組合渦結(jié)構(gòu)特征,軸向速度整體呈現(xiàn)“倒V”型分布,總壓分布呈中心低、壁面附近高的特點(diǎn);在各結(jié)構(gòu)參數(shù)的模擬尺寸范圍內(nèi),增加入口管下傾角度、筒體上部高度、排氣管直徑會(huì)降低分離器的壓力損失,但同時(shí)會(huì)引起切向速度和軸向速度的衰減,降低旋流強(qiáng)度,而且增加排氣管直徑會(huì)使軸向速度由“倒V”型分布轉(zhuǎn)變?yōu)椤癕”型分布,產(chǎn)生滯流;筒體直徑和排氣管插入長度的增加既會(huì)使壓力損失升高,也會(huì)引起旋流強(qiáng)度的降低。分離器單向入口的非軸對稱性使分離筒體空間的流場呈現(xiàn)不穩(wěn)定性,表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)中心偏離分離筒體的幾何中心。研究表明,在各結(jié)構(gòu)參數(shù)的模擬尺寸范圍內(nèi),增加入口管下傾角度、減小筒體直徑和排氣管直徑會(huì)使分離器內(nèi)部流場的不穩(wěn)定特性增強(qiáng);排氣管插入分離器內(nèi)部會(huì)改善分離器的流場不穩(wěn)定性;而筒體上部高度的變化對流場不穩(wěn)定性沒有明顯的影響。沉箱式柱狀旋流分離器的室內(nèi)樣機(jī)性能測試試驗(yàn)表明:在試驗(yàn)工況范圍內(nèi),氣、液相流量的增加增強(qiáng)了旋流強(qiáng)度,但同時(shí)會(huì)引起分離器內(nèi)壁液膜的附著及爬升,而氣相流量的增加是主要因素,其沿壁面旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的巨大剪切曳力使液滴克服自身重力和剪切阻力隨氣流沿壁面爬升形成液膜;入口管下傾有利于入口管中分層流的形成,而且會(huì)降低流體在筒體入口以上的旋流高度,減少氣相的液體攜帶;增加分離器筒體上部的柱體高度,可以擴(kuò)展分離器的高效運(yùn)行范圍,提高分離器的分離性能;排氣管插入長度對分離器高效運(yùn)行區(qū)的影響不如筒體上部高度改變所帶來的影響大。
[Abstract]:The caisson type cylindrical cyclone separator is a kind of separator which is to be used on the sea floor and has the function of two-phase and three-phase separation. In this paper, the function of two-phase separation is mainly studied. The separator is designed by the separation mechanism of inlet tube downdip preseparation, columnar swirl main separation and horizontal caisson gravity assisted separation. Under the guidance of multi-phase swirl separation theory and by means of numerical simulation and experimental test, the characteristics of flow field distribution and structural factors in the main separation zone of the separator are analyzed in depth. The main research contents and conclusions are as follows: the simulation of the main separation zone of the separator shows that the tangential velocity presents the characteristics of Lanjin combined vortex structure, the axial velocity presents the "inverted V" type distribution, the total pressure distribution is low in the center and the wall surface is high; In the range of simulated dimensions of each structural parameter, increasing the downdip angle of the inlet tube, the height of the upper cylinder, and the diameter of the exhaust pipe will reduce the pressure loss of the separator, but at the same time, it will cause the attenuation of tangential and axial velocity and decrease the swirl intensity. Moreover, increasing the diameter of exhaust pipe will change the axial velocity from "inverted V" to "M", resulting in stagflation. The increase of cylinder diameter and exhaust pipe insertion length will not only increase the pressure loss, but also cause the decrease of swirl intensity. The non-axisymmetric property of the unidirectional inlet of the separator makes the flow field of the separation cylinder unsteady and the rotating center deviates from the geometric center of the separation cylinder. The results show that increasing the downdip angle of the inlet tube and decreasing the diameter of the cylinder and the exhaust pipe will enhance the unstable characteristics of the internal flow field of the separator in the range of the simulated size of the structural parameters. The flow field instability of the separator can be improved by inserting the exhaust pipe into the separator, but the instability of the flow field is not obviously affected by the change of the height of the upper part of the cylinder. The performance test of the indoor prototype of the caisson type cylindrical cyclone separator shows that the increase of the flow rate of gas and liquid increases the intensity of the swirl flow, but at the same time it will cause the adhesion and climbing of the liquid membrane in the inner wall of the separator. The increase of gas flow rate is the main factor, and the huge shear drag caused by rotating along the wall makes the droplets overcome their own gravity and shear resistance to climb along the wall to form a liquid film. The downdip of the inlet tube is beneficial to the formation of the stratified flow in the inlet tube, and it will reduce the swirl height of the fluid above the inlet of the cylinder and reduce the liquid carrying in the gas phase. Increasing the cylinder height of the upper part of the separator can expand the high efficiency operation range of the separator and improve the separation performance of the separator. The influence of the exhaust pipe insertion length on the high efficiency operation area of the separator is not as great as the change of the height of the upper cylinder.
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE95

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本文編號(hào)：2309071