【正文】 圖38螺旋管分離部分網(wǎng)格圖 在對(duì)螺旋管進(jìn)行網(wǎng)格劃分后，就可以對(duì)模型定義邊界條件了。Tet/Hybrid：指定網(wǎng)格主要由四面體網(wǎng)格元素組成，但在適當(dāng)?shù)牡胤娇赡馨骟w、金字塔形和楔形網(wǎng)格元素。GAMBIT提供的體網(wǎng)格劃分方法有以下幾種Map（規(guī)則網(wǎng)格）：創(chuàng)建規(guī)則的六面體網(wǎng)格元素的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。此種方法可以加密端面網(wǎng)格，對(duì)于入口和出口處參數(shù)變化梯度較大的情況下會(huì)很適用。執(zhí)行上訴命令后，彈出導(dǎo)入文件對(duì)話框，選擇已輸出的ACIS文件并同時(shí)將修復(fù)幾何體命令（Heal geometry）和Make Tolerant命令選中。第六步：應(yīng)用AUTOCAD的三維拉伸命令，將基圓以螺旋線為路徑拉伸操作：繪圖→建?！? 圖34對(duì)螺旋管進(jìn)行三維拉伸建模第七步：對(duì)螺旋管進(jìn)行渲染增強(qiáng)視覺效果操作：視圖→視覺樣式→真實(shí)（概念），具體操作如下圖所示通過進(jìn)行此項(xiàng)操作，可實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體的渲染，應(yīng)用此命令后，螺旋管的三維效果即可顯示出來，由此可對(duì)螺旋管的三維實(shí)體形態(tài)進(jìn)行觀察。第一步：?jiǎn)?dòng)AUTOCAD2008第二步：直接創(chuàng)建螺旋線 操作：繪圖→螺旋圖31螺旋線建模命令在此過程中，需要給定螺旋線的相關(guān)參數(shù)，如底面圓和頂面圓半徑、螺旋圈數(shù)、螺旋高度。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。 循環(huán)邊界條件在旋流管的對(duì)稱面上設(shè)置循環(huán)邊界，使得液體能夠循環(huán)流動(dòng)。在第一個(gè)內(nèi)節(jié)點(diǎn)上與壁面相平行的流速應(yīng)滿足對(duì)數(shù)分布律，即： (223)由以上兩式聯(lián)立解得為： (224)式中為分子粘性系數(shù)。采用上述定義后，速度的對(duì)數(shù)分布律可表示為： (221)其中=B。由流體力學(xué)可知，對(duì)數(shù)分布律為： (218)其中：=，稱為切應(yīng)力速度；馮卡門常數(shù)=~；B=~。壁面函數(shù)法不去求解近壁區(qū)的時(shí)均流場(chǎng)或湍流場(chǎng)的偏微分方程，因此也就不需要在近壁區(qū)設(shè)置精密網(wǎng)格。因此，采用高雷諾數(shù)湍流模型時(shí)，對(duì)于壁面附近的區(qū)域，必須進(jìn)行特殊的處理。= 底流口邊界底流口流動(dòng)按充分發(fā)展處理，各流動(dòng)參數(shù)的法向梯度為零，即：； ； ； (214)； (215) 壁面條件和近壁處理旋流管壁面包括周向邊壁和頂端壁面，按照無滑移條件處理，即： (216)前文所述的湍流模型只適用于離開壁面一定距離的湍流區(qū)域，又稱高雷諾數(shù)模型。實(shí)現(xiàn)氣泡分離的條件是氣泡加速運(yùn)動(dòng)到油氣界面的時(shí)間應(yīng)小于氣液混合物在螺旋管中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。圖25a 液滴受力 圖25b液滴運(yùn)動(dòng)軌跡由力學(xué)分析可知合力F可由下式計(jì)算 （27）式中 q－氣液總流量,m3/s；D1－螺旋管截面直徑，m 。在立式分離器中，氣泡上浮方向與液位下降方向相反，氣泡能夠浮出液面的必要條件是：氣泡的上浮速度大于液面平均下降速度，即 （26）式中 －液面平均下降速度，m/s。圖24液滴受力圖重力與浮力的合力可由下式計(jì)算 （21） 式中 d －球形液滴直徑，m； －分離條件下液滴、氣體的密度，Kg/m3； g－重力加速度，m/s2。氣體中攜帶液滴在重力作用以某一加速度下沉，隨著液滴速度的增大，液滴受到氣流的阻力越來越大，當(dāng)液滴受到的合力為零時(shí)，液滴將以勻速在氣流中下沉，在立式分離器中，氣流方向與油滴沉降方向相反，油滴能夠沉降的必要條件是：液滴的沉降速度大于沉降段氣體流速。即此時(shí)采用容積式分離技術(shù)。為防止氣體竄入原油管路，實(shí)物高度一般不小于400mm。氣液開始進(jìn)入重力沉降分離過程。螺旋管部分設(shè)計(jì)總高600mm，由6圈螺旋構(gòu)成，螺距100mm，螺旋管內(nèi)徑30mm，旋轉(zhuǎn)半徑200mm。H2過小還會(huì)使氣體中攜帶的油滴來不及由起始沉降速度達(dá)到勻速沉降，也就是說此段高度較小會(huì)使氣液分離質(zhì)量變差，但實(shí)踐證明過長(zhǎng)的沉降段對(duì)改善分離質(zhì)量無明顯效果。對(duì)于水平安裝的絲網(wǎng)除霧器，我國(guó)推薦集氣部分一般不小于400mm。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。 螺旋管復(fù)合氣液分離器結(jié)構(gòu)模型螺旋管復(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。在FLUENT中通過對(duì)網(wǎng)格的處理、計(jì)算模型的選擇、求解參數(shù)的設(shè)定等操作可以得到流場(chǎng)的分布。GAMBIT可以對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行抽象建模，生成符合要求的網(wǎng)格，初步建立邊界條件。 FLUENT軟件的基本組成FLUENT軟件既然作為CFD軟件，就要為流體動(dòng)力學(xué)服務(wù)。而且與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)：標(biāo)準(zhǔn)kε模型模擬的切向速度結(jié)果比實(shí)際測(cè)量的高它描述了一個(gè)較高的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)；而 RSM模型模擬的切向速度結(jié)果比測(cè)量的低。對(duì)于氣液旋流分離器的CFD模擬研究起較晚，Erdal FM采用商業(yè)CFX軟件，分別用標(biāo)準(zhǔn)模型和雷諾應(yīng)力模型 (RSM)對(duì)GLCC內(nèi)部重相氣液旋流流場(chǎng)進(jìn)行 CFD研究，并與 LDV驗(yàn)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了對(duì)照。 1982年，Boyson等首先用CFD技術(shù)手段采用將kε模型和代數(shù)應(yīng)力方程相結(jié)合的具有湍動(dòng)各相異性的代數(shù)應(yīng)力模型 (ASM)對(duì)旋流器進(jìn)行了二維的模擬。其次，數(shù)值模擬中對(duì)數(shù)學(xué)方程進(jìn)行離散化處理時(shí)需要對(duì)計(jì)算中所遇到的穩(wěn)定性、收斂性等進(jìn)行分析。近些年來，作為研究流體流動(dòng)的新方法，CFD技術(shù)已經(jīng)得到越來越廣泛地應(yīng)用。現(xiàn)在CFD技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和研究部門。它通過計(jì)算機(jī)模擬獲得某種流體在特定條件下的相關(guān)信息。對(duì)于旋流器內(nèi)部氣一液兩相三維強(qiáng)旋湍流的流動(dòng)機(jī)理以及顆粒的碰撞、團(tuán)聚和擴(kuò)散機(jī)理，還缺乏系統(tǒng)而透徹的研究，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和流場(chǎng)分布的進(jìn)一步的理論分析以及CFD研究還有待發(fā)展建立能反映其流動(dòng)機(jī)理的數(shù)學(xué)模型，為工程設(shè)計(jì)提供可靠的分離效率和壓力降的定量計(jì)算公式；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，設(shè)立規(guī)范的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，是氣液旋流分離技術(shù)研究迫切需要解決的問題。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于氣液旋流分離的研究主要可分為4類，即：氣液旋流分離技術(shù)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)研究、旋流分離器內(nèi)部氣液兩相三維強(qiáng)旋湍流流場(chǎng)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)研究、建立能準(zhǔn)確反映氣液兩相旋流分離機(jī)理模型的理論研究以及氣液兩相旋流流場(chǎng)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬。許多研究者已相繼提出各種各樣的分離理論，已經(jīng)有了比較完善的分離理論，設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用實(shí)踐。因而氣液旋流分離技術(shù)具有廣闊的工程應(yīng)用前景，近年來已日益成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)技術(shù)。特別是對(duì)于海上油田的油氣生產(chǎn)運(yùn)行來說，獨(dú)特的生產(chǎn)環(huán)境使得容積式氣液分離器的應(yīng)用受到很大的限制。容積式屬常規(guī)氣液分離器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，在油田上應(yīng)用比較廣泛。應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)方法和工具軟件可有效的對(duì)各種分離器內(nèi)部流場(chǎng)分布、分離原理進(jìn)行模擬分析，從而得到最佳的分離效率。關(guān)鍵詞：旋流分離器；氣液分離；優(yōu)化；數(shù)值模擬AbstractThe toroid posite knockout is known as a new posite knockout, which has the pact position, light weight, low power used and can be easily fixed. At the moment, the mean method to research the performance of the separation and operation is the experimental means. The research cycle and experimental funds will be decreased as well as the acquirement of the integrity cyclone interior flow regime information, if the theoretical analysis calculation and the numerical simulation of the flow field can be used to research the movement law of the fluid in the knockout and the effect of the position size to the separation efficiency and the pressure drop. Movement laws for fluid in toroid posite knockout were simulating analyzed by the FLUENT, according to the theory and method of CFD, basing on numerical simulation of flow field. And the internal movement laws was given. At the same time, by using the above method, the overall structure, the operational parameter of the toroid posite knockout and the position size of the toroid have been optimized to enhanced the separation efficiency, which is also succeed in the practical use. Key words: Cyclone Separator?，F(xiàn)階段主要用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)分離器的分離性能和操作性能進(jìn)行研究。如果用理論分析計(jì)算和流場(chǎng)數(shù)值模擬研究分離器內(nèi)流體流動(dòng)的規(guī)律，以及結(jié)構(gòu)尺寸變化對(duì)分離效率和壓降的影響等，則可縮短研究周期、節(jié)省實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，獲取完整的分離器內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)的信息。 Gas/Liquid Separation。 油氣分離工藝發(fā)展簡(jiǎn)述氣液分離過程通常是在氣液分離器中進(jìn)行，氣液分離器是油氣田用的最多、最重要的設(shè)備之一。容積式氣液分離器一般采用重力沉降罐的結(jié)構(gòu)形式，采用氣液重力沉降分離原理。因而基于經(jīng)濟(jì)上和操作上的原因致使一種新型的氣液分離裝置應(yīng)運(yùn)而生。旋流分離是一種高效的多相流分離技術(shù)，它是在離心力的作用下根據(jù)兩相或多相之間的密度差來實(shí)現(xiàn)兩相或多相分離的。由于具有廣闊的使用前景和顯著的優(yōu)點(diǎn)，人們對(duì)氣液旋流分離技術(shù)也開展了大量的試驗(yàn)和理論研究。氣液旋流分離技術(shù)作為一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、新型、高效、緊湊的氣液分離技術(shù)，具有阻力小，耗能少，分離效率高等優(yōu)點(diǎn)，已成為工業(yè)新型氣液分離技術(shù)的熱點(diǎn)。 計(jì)算流體力學(xué)(CFD)簡(jiǎn)介 CFD概述CFD(Computation Fluid Dynamics)技術(shù)，即計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)，是一種用于分析流體流動(dòng)性質(zhì)的計(jì)算技術(shù)，包括對(duì)各種類型的流體在各種速度范圍內(nèi)的復(fù)雜流動(dòng)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的推廣普及和計(jì)算方法的不斷發(fā)展，幾十年來CFD技術(shù)取得了蓬勃的發(fā)展。計(jì)算流體力學(xué)是多領(lǐng)域交叉的學(xué)科，涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、流體力學(xué)、偏微分方程的數(shù)學(xué)理論、數(shù)值分析等多學(xué)科。數(shù)值模擬也存在一定的局限性。這些分析方法大部分對(duì)線性方程是有效的，對(duì)非線性方程則不是有效的。近年來，人們分別采用kε模型、RNG—kε模 型和RSTM模型對(duì)旋風(fēng)分離器進(jìn)行了大量的CFD 模擬研究，通過與LDV流場(chǎng)測(cè)定對(duì)照評(píng)定了預(yù)測(cè)旋風(fēng)器中強(qiáng)渦旋流動(dòng)的3種湍流模型的表現(xiàn)。模擬顯示在旋流器內(nèi)高的切向速度在進(jìn)口處，且這一較高的切向速度隨軸向和徑向衰減。 GomezLE在顆粒軌跡模型的基礎(chǔ)上對(duì)重相氣液兩相旋流分離中顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡分布進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，并預(yù)測(cè)了GLCC中氣泡夾帶和操作性能的情況。FLUENT軟件包包括以下幾個(gè)軟件：FLUENT求