【正文】 因為在高進(jìn)口流量、旋轉(zhuǎn)速度會極大提高，低壓力的核心將發(fā)展并將會有一個大于或等于下溢出口表面的橫斷面，而且只有空氣回流會被從下旋流轉(zhuǎn)到旋流器而液體流將達(dá)到零值。圖11曲線表明，LES和RSM計算能密切跟蹤尺寸分級曲線。這些計算是獨立于速度場的計算。在旋流器頂部的更大區(qū)域，芯管分離渦管向上和向下的漩渦，有許多相互作用妨礙渦流，也就是說，流場不復(fù)雜，因此，預(yù)測結(jié)果在這些區(qū)域與實驗數(shù)據(jù)符合。網(wǎng)格獨立研究通過五種從750000到2000000范圍變化的不同網(wǎng)格密度與不同網(wǎng)格大小。研究結(jié)果表明，不同尺寸和長度旋流器的流場是不同的，有不同的處理量。針對這一缺點，流體力學(xué)基礎(chǔ)上的數(shù)學(xué)模型是非?？扇〉?。最后對一直關(guān)心、幫助、支持和鼓勵我的所有同學(xué)和親人表示真誠的謝意！附件1外文資料翻譯在水力旋流器中幾何參數(shù)對分離效率的影響摘要 這是一項旋流器中氣—液—固多相流動的數(shù)值模擬研究。按照介質(zhì)為原油，選擇其材料：靜止環(huán)為石墨，旋轉(zhuǎn)環(huán)為碳化鎢[22]。 螺栓的選擇及其校核本文設(shè)計中，螺栓用來連接不同轉(zhuǎn)筒段，傳遞轉(zhuǎn)筒扭矩T，本文采用6個M10的螺栓在截面圓周上均勻布置。N。圖310 孔板式V帶輪結(jié)構(gòu)示意圖圖311 實心式V帶輪結(jié)構(gòu)示意圖對于二級、三級V帶傳動的主從動輪與一級傳動的從動帶輪有相同基準(zhǔn)直徑和配合軸徑，因此有相同的結(jié)構(gòu)尺寸。 ——單根B型V帶傳遞的額定功率，kW。而本文設(shè)計的五臺組合式動態(tài)水力旋流器，為了達(dá)到最好的功率傳遞效率，其位置在空間布置如圖38。對小型動態(tài)旋流器，建議可不用收油錐，因為直通式結(jié)構(gòu)可能更利于腔內(nèi)流場的穩(wěn)定[16]。是為了減小液流分離時形成的入口對稱收縮現(xiàn)象。根據(jù)分析，當(dāng)漏斗錐角為40176。前面已經(jīng)選取D=110mm，因而試選取d=75mm，h=12mm。將式（31）變形可得== （33）存留時間T=~8s內(nèi)，故設(shè)計合理。當(dāng)L長度足夠時，能保證液流在腔內(nèi)的分離時間為3~5s左右。實際運行時來自入口的液體將由溢流管和底流管排出水力旋流器，因此，根據(jù)物料平衡原理，應(yīng)有下式成立。當(dāng)然，動態(tài)水力旋流器也存在以下缺點：（1）外殼轉(zhuǎn)動，造成固體顆粒在邊壁的積聚，易產(chǎn)生污垢；（2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外殼的轉(zhuǎn)動必須依靠電動機等動力源[15]。圖25 靜態(tài)水力旋流器中的離心加速度場 圖26 動態(tài)水力旋流器中的離心加速度場 分離性能比較英國南安普頓（Southampton）大學(xué)設(shè)計的F型靜態(tài)水力旋流器，其單管臨界分離粒徑為60m，雙管和三管串聯(lián)的臨界分離粒徑分別為40μm和30μm，液體停留時間為2s；而后，經(jīng)過科技人員的不斷開發(fā)，靜態(tài)水力旋流器的單管I臨界分離粒徑可達(dá)30~20μm，當(dāng)處理含油污水時，對7μm油滴的分離效率為50％，液體停留時間小于2s：動態(tài)水力旋流器的臨界分離粒徑可達(dá)15μm，當(dāng)處理含油污水時,對7μm油滴的分離效率為80％（參見圖27），液體停留時間為3~10s，處理后的水中含油為8~25mg/L[14]。 動態(tài)水力旋流器與靜態(tài)水力旋流器的比較分析 技術(shù)原理比較兩者都是利用水力旋流離心作用實現(xiàn)不同相之間的分離，但離心力場的建立方法有所不同：靜態(tài)水力旋流器是由壓能轉(zhuǎn)化成動能來形成離心力場，而動態(tài)水力旋流器是外加電能帶動旋轉(zhuǎn)筒所形成的。動態(tài)水力旋流器屬十動力設(shè)備，裝置自振以及與地基共振對分離效率的影響不可忽視。第2章 動態(tài)水力旋流器的分離機理 動態(tài)水力旋流器的主體結(jié)構(gòu)動態(tài)水力旋流器由入液腔、旋轉(zhuǎn)筒、溢流腔、底流腔等組成。但是，可以看到對于水力旋流器的工藝研究和配套技術(shù)研究從事的并不多，僅僅從事了一些現(xiàn)場試驗研究的探索。（5）將污水處理用水力旋流器制成移動式或固定式油水分離設(shè)備，用于井下工具或其他工具的清洗等，減少油田廢水的排放，對節(jié)約能源及環(huán)境保護(hù)都具有積極的意義。隨著研究的深入，水力旋流器由固液分離進(jìn)而擴展到兩種不互溶液體介質(zhì)的液液分離以及氣液分離、氣固液三相分離等，成為一種多功能、多用途的高效分離裝置。前者如水力旋流器（亦稱旋流分離器），流體固定的機身內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心力場；后者如各種離心機，由于機身旋轉(zhuǎn)而帶動內(nèi)部流體作回旋運動而產(chǎn)生離心力場。根據(jù)不同需求，開展水力旋流器結(jié)構(gòu)優(yōu)化、操作參數(shù)優(yōu)選與配套技術(shù)研究，使水力旋流器在更廣闊的領(lǐng)域內(nèi)大有可為。水力旋流器（如圖11）是旋轉(zhuǎn)流分離技術(shù)方面的代表性設(shè)備，是一種用途十分廣泛的通用分離分級設(shè)備。目前，國內(nèi)在油田水處理方面仍普遍采用重力沉降設(shè)備，如游離水脫除器等，在實際應(yīng)用上具有處理效率低等問題。影響靜態(tài)水力旋流器分離性能的主要結(jié)構(gòu)因素有切向入口形式及個數(shù)、旋流腔主直徑及長度、大小錐段結(jié)構(gòu)形式及尺寸等，其旋流腔主直徑主要決定處理量的大小，大錐段主要進(jìn)行旋流分離預(yù)加速，小錐段主要起分離作用，尾管主要是穩(wěn)定油核，幾乎沒有分離作用[5]；動態(tài)水力旋流器沿轉(zhuǎn)筒長度方向為主要分離區(qū)，影響其分離性能的主要結(jié)構(gòu)因素有旋轉(zhuǎn)柵、旋轉(zhuǎn)筒、溢流嘴等。通過靜、動平衡測試，保證轉(zhuǎn)筒高速旋轉(zhuǎn)時所必需的回轉(zhuǎn)精度，減少設(shè)備自振。切向速度決定了處理液所受離心力的大小。另一方面在于相對提高了液相在設(shè)備內(nèi)的有效停留時間。這是因為升高溫度使試驗介質(zhì)的粘度下降，油水界面張力下降，介質(zhì)的流動性加強，有利于分離[3]。另外，流量過大會破壞動態(tài)水力旋流器內(nèi)部流場的穩(wěn)定性，使分離效率下降[3]。利用數(shù)值模擬研究了轉(zhuǎn)筒長度對分離效率的影響，結(jié)果表明：當(dāng)轉(zhuǎn)筒長度為2m時，分離效率最高，如表31所示?；诶碚摲治龊驮囼炑芯浚瑑?yōu)選出了葉片式和螺旋式兩種結(jié)構(gòu)形式。柵片是后續(xù)旋轉(zhuǎn)流場產(chǎn)生和流場穩(wěn)定的實物載體，其直線長度直接影響液體的驅(qū)旋時間，但并不是柵片越長越好，柵片太長，雖然驅(qū)旋作用加強，但其間液流速度提高。溢流嘴外表面主要作用是把油水從分界面分開并引導(dǎo)液流平穩(wěn)過渡，避免產(chǎn)生劇烈的旋渦，以致破壞局部的流場穩(wěn)定。該關(guān)系的優(yōu)選設(shè)計較復(fù)雜，因為它不僅涉及入水口含油量、介質(zhì)粘度、油滴粒徑分布、油水密度差、溫度等，而且與操作參數(shù)（如處理量、工作壓力、轉(zhuǎn)速、分流比等）關(guān)系密切。由此，我們可以計算得到單旋體所需要的功率。其中，經(jīng)查表可得，=，代入式（320），有kW 已知，小帶輪轉(zhuǎn)速為1460r/min，根據(jù)圖39，V帶的帶型選擇為B型帶（2）V帶輪的基準(zhǔn)直徑及驗算帶速取傳動比i=1，參考[20]中，普通V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列，選取大小帶輪的基準(zhǔn)直徑mm。查文獻(xiàn)[20]表可得，q=。除非有嚴(yán)重過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷?！髠?cè)軸承豎直方向所受的徑向載荷，N；——右側(cè)軸承豎直方向所受的徑向載荷，N。m。對動態(tài)水力旋流器的轉(zhuǎn)筒進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，選取轉(zhuǎn)筒長度為2m，內(nèi)徑為110mm。利用響應(yīng)面模型預(yù)測與實驗結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)在臨界誤差在4至8%之內(nèi)。這項結(jié)果成為了許多后續(xù)調(diào)查的基準(zhǔn)。減少數(shù)值擴散的影響，用高階離散化方案來模擬旋流器。此外，還使用RNG次網(wǎng)格。然而，LES的效果優(yōu)于其他兩個模型。因此，想要一個精確分析，粒子必須分布在入口的整個表面。第二個原因，明顯比第一個重要，（那就是）離散相模擬的誤差。 圖12 不同流量的分離效率比較圖13 不同流量下分流比及壓降的比較十種不同尺寸的水力旋流器（表3）的流動模式數(shù)值模擬已經(jīng)在這邊提供。這是由于RSM模型比LES模型精度低，在預(yù)測通常受到流動跡線影響的更高的流量比和更多的分散顆粒。圖11顯示定義為各尺寸級的固體顆粒底流出口的分選曲線，換句話說，尺寸i級的固體的質(zhì)量比通過進(jìn)給中尺寸為i的質(zhì)量比劃分。 表2 壓降預(yù)測值與實驗值的比較 壓降（Pa） 誤差（%）實驗值 46700 —RNG k–ε模型 35403 RSM模型 39685 LES模型 41104 粒徑分類顆粒大小分類模擬是通過注射一定數(shù)量每個尺寸級別的粒子來穿過進(jìn)口面并由上溢流（圖9a）或者下溢流（圖9b）追蹤他們的出口。所作的預(yù)測在一個僅低于芯管（距離頂部60毫米）的平面，一個在圓柱部分末端往上（距離頂部175毫米）的平面和一個中間錐面（距離頂部120毫米從上）。 由于湍流尚處于初始階段，隨機軌道模型選擇的是分散粒子。更重要的是，選擇的幾何尺寸可以被快速地檢查。一個入口管，如圖1所示，與頂部鋼筒相連。參考文獻(xiàn)[1] [J].,19(3):109113.[2] 蔣明虎,[J]., 4:1719[3] 王尊策,張雙,呂鳳霞,[J].石油礦場機械,2009,38(4):4547.[4] 王尊策,[J].石油學(xué)報,2001,22(4):104107.[5] [D].大慶:大慶石油學(xué)院,2003.[6] 蔣明虎,趙立新,李楓,[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000.[7] 蔡小華,袁惠新,王躍進(jìn),[J].江南大學(xué)學(xué)報,2002,1(4):391393.[8] 劉曉敏,檀潤華,劉銀梅,[J].化工進(jìn)展,2005,24(6):671674.[9] 劉曉敏,蔣明虎,趙文欣,[J].石油礦場機械,2003,32(3):3234.[10] 劉曉敏,蔣明虎,李楓,——內(nèi)在因素、外在條件、結(jié)構(gòu)工藝及裝配的影響[J].機械設(shè)計,2002,23(3):1518.[11] 李楓,趙立新,王尊策,[J].石油機械,2000,28(5):1417.[12] [D].大慶:大慶石油學(xué)院2001.[13] 劉曉敏,劉銀梅,蔣明虎,[J].化工機械,2006,33(2):122125.[14] 李太平,馮傳令,陽仁俊,[J].過濾與分離,2006,16(1):4344.[15] 趙立新,王尊策,李楓,——分離設(shè)備發(fā)展的新途徑[J].石油礦場機械,1999,28(6):4042.[16] 王尊策,劉曉敏,李楓,[J].機械設(shè)計,2003,20(2):1113.[17] 洪遠(yuǎn),廖柯熹,王雯娟,[J].機械設(shè)備——油氣儲運,2010,29(7):511.[18] Martins C A C, Hackenberg C M, Russo C, et a1. 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