【正文】 液相的體積分?jǐn)?shù)如圖812所示。邊界條件的確定也是數(shù)值計算的關(guān)鍵。FLUENT中可處理的邊界條件包括：進口邊界條件（壓力、速度、質(zhì)量進口、進風(fēng)口、進氣扇、壓力出口、壓力遠場邊界條件，質(zhì)量進口、通風(fēng)口、固體壁面、對稱面、周期邊界、軸，內(nèi)部區(qū)域：流體、固體；內(nèi)部表面邊界：風(fēng)扇、換熱器、多孔跳躍、壁面、內(nèi)部類型。初始解可通過混合模型得到。（3）歐拉模型（Eulerian） 歐拉模型是Fluent中最復(fù)雜的多相流模型。這樣處理能較好的符合噴霧干燥，煤和液體燃料燃燒，以及一些粒子負(fù)載的流動情況，但是不適合用于液液混合物，流化床和其它第二相體積率不容忽略的情形。雷諾應(yīng)力模型RSM對雷諾應(yīng)力及通量項采用微分方程直接求解，具有很大通用性，這一模型的優(yōu)點在于可準(zhǔn)確地考慮各向異性效應(yīng)。顯然，完全模擬在短期尚無法用于求解實際工程中的復(fù)雜湍流問題。在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，通過建立一個與旋轉(zhuǎn)設(shè)備一起運動的相對坐標(biāo)系來建摸，近似認(rèn)為流體旋轉(zhuǎn)角速度為常數(shù)，旋轉(zhuǎn)邊界相對與參考系靜止。由于商業(yè)軟件面向的用戶對象廣泛，處理的實際問題多種多樣，因此其覆蓋的應(yīng)用范圍要盡可能廣。法蘭材料：16Mn(鍛件)，墊片材料：石棉橡膠板，s=3mm,y=11MPa,m=初擬法蘭的尺寸如下所示D D=100 D=70 D=50 H=10 R=9墊片尺寸：墊片寬度：N=墊片基本密封寬度：墊片有效密封寬度：故墊片的計算寬度：螺栓選用的材料是35號鋼，預(yù)緊時螺栓載荷：操作時螺栓載荷： 擬采用螺栓4個 ，則，根據(jù)螺紋標(biāo)準(zhǔn)以及管道法蘭螺栓的最小直徑，取螺紋根徑，相當(dāng)于M10的螺栓。故取Z1=1 .9m,Z2=176。當(dāng)分離器的設(shè)計直徑時，相應(yīng)地，圖54 平衡液位示意圖 氣液分離器如圖53所示，來自井口的氣液混合物進入分離器后產(chǎn)生旋流，在離心力的作用下實現(xiàn)分離，氣體占據(jù)液滴區(qū)并經(jīng)排氣管從氣體出口排出，而液體占據(jù)氣泡區(qū)并經(jīng)液體管從泥漿出口排出。 v2=sqrt(4*(pp1)*v3*v3*D/(3*p2*r*cd))。根據(jù)Turton和Levenspie建議阻力系數(shù)為 : （33）雷諾數(shù): （34）因為與r之間存在嵌套關(guān)系，通過與r的關(guān)系式不能直接得出兩者之間的關(guān)系，所以采用試算法確定兩者間的關(guān)系。容器內(nèi)平衡液位應(yīng)低于入口0 .3ｍ,~,以保持正的靜水壓頭。沒有漩渦脫落現(xiàn)象。 (10)式中:是軸向平均流速,下標(biāo)c表示連續(xù)相。流動是軸對稱的、各分速度沿ｚ軸變化不大,因此假設(shè)微元控制體在軸向、切向上沒有加速度,徑向加速度,應(yīng)用歐拉方程式得徑向和軸向運動微分方程:圖33 旋流控制體受力分析　 （1） （2）式中:為含氣泡液相混合物密度。氣液混合物由切向入口進入旋流分離器后形成的旋流產(chǎn)生了比重力高出許多倍的離心力,由于氣液相密度不同,所受離心力差別很大,重力、離心力和浮力聯(lián)合作用將氣體和液體分離。就入口與分離腔的連接形式來分，入口又有切向入口和漸開線入口兩種。目前國內(nèi)僅有的幾臺欠平衡裝備中的液氣分離器大都是從美國進口的,價格極其昂貴。同時考慮到目前的石油工業(yè)主要依靠常規(guī)容器式分離器來處理井口油/氣/水采出液。出口一般為兩個，而且多為軸向出口，分布在旋流分離器的兩端。液體沿徑向被推向外側(cè),并向下由液體出口排出。R為筒體半徑, R=d/2。旋流強度沿軸向變化的經(jīng)驗關(guān)系式: (11 )式中動量通量之比: (12)式中:是連續(xù)相(氣相或液相)入口質(zhì)量流量。徑向上,分散粒子受離心力和阻力作用,根據(jù)受力平衡,氣泡徑向滑脫速度: (16)同理,液滴徑向滑脫速度: (17)式中:、為氣泡和液滴直徑。液相流速過小將難以發(fā)揮旋流離心分離的作用,但液相流速過大將形成過高的漩渦區(qū),在筒體中過早出現(xiàn)氣相夾帶液滴和液相夾帶氣泡現(xiàn)象,影響分離效果。若分離器配置控制系統(tǒng),匯合點位置可以高于入口?；舅悸肥牵菏紫仁窃谝粋€確定的r上給定一給徑向速度v1，計算出相應(yīng)的 ,，Re(r),v2,然后比較，來確定對應(yīng)點上氣泡的徑向速度。 m=v1v2。在分離器工作的過程中，可能出現(xiàn)兩種極端情況：（1）氣量特別大，以至氣體壓力p1足以克服排液管線的能量的消耗，使氣體以連續(xù)相從泥漿出口排出；（2）液量特別大，為了克服排液管線的能量消耗，液面上升，有可能出現(xiàn)液相從排氣管線排出。,管長取1ｍ,入口直徑的選取是為了保證入口管內(nèi)呈現(xiàn)分層流,入口管直徑根據(jù)Taitelamp。實際螺栓總面積：螺栓平均間距：s=根據(jù)文獻[28]查表510，對于M12的螺栓，最小螺栓間距為允許最大螺栓間距：故，即所選螺柱直徑符合安裝和密封要求預(yù)緊時螺柱載荷：W= M=.m操作時墊片載荷：、壓力載荷：介質(zhì)靜壓軸向載荷：作用在法蘭端面上的總力矩： 法蘭應(yīng)力及度校核法蘭形狀系數(shù)：根據(jù)文獻[28]查表（528），（529），（530），（531）得：f= F= V= T= U= Y= Z=于是 軸向應(yīng)力：=徑向應(yīng)力：周向應(yīng)力：MPa 擬定法蘭尺寸及選材合適，可安全使用因為管道法蘭的內(nèi)徑符合工稱直徑系列，應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)管道法蘭?！?計算穩(wěn)定性好。在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，絕對速度v或相對速度v的關(guān)系如下： （80）其中 ─角速度向量（即旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的角速度）； ─旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的位置向量 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的質(zhì)量守恒方程（連續(xù)性方程）： （81）其中源項上假如到連續(xù)性相的第二相質(zhì)量（比方說由于液滴的蒸發(fā)，質(zhì)量發(fā)生變化），源項也可以是自定義源項。大渦流模擬（Large Eddy Simulation LES）是在大渦尺度的網(wǎng)格尺寸內(nèi)求結(jié)N─S方程，由于計算量仍很大，只能模擬一些簡單流動，如彎道等，目前也不能直接用于工程。代數(shù)應(yīng)力模型（ASM）是雷諾應(yīng)力模型在一定條件下的簡化表達式，表達式形式隨簡化條件而異，由應(yīng)力代數(shù)表達式加上κ及ε方程構(gòu)成，因此又稱為擴展的Kε模型或者2個半方程模型?！獨W拉模型在歐拉—歐拉方法中，不同的相被處理成互相貫穿的連續(xù)介質(zhì)。它建立含有n個動量方程和連續(xù)方程的方程組來求解各相。由于歐拉模型對內(nèi)存及收斂要求較高，在下面的數(shù)值計算中，多相流模型選用混合模型。 計算前處理計算前處理主要包括離心式分離器三維流道模型的建立及網(wǎng)格的劃分。在本文中需要涉及到壁面邊界和進出口邊界。由圖812可以看出，氣液混合物經(jīng)過分離后，在分離器的上半部分泥漿的體積分?jǐn)?shù)幾乎是零，泥漿在分離器的下半部分和排液管中的體積分?jǐn)?shù)明顯高于進口管附近的體積分?jǐn)?shù)，特別是在分離器的底部和排液管線中泥漿的體積分?jǐn)?shù)幾乎是100%，十分有利的證明了鉆井液在分離器內(nèi)實現(xiàn)了氣液的分離。混合液發(fā)生氣液分離后，各相按一定的比例濃度分布。在分離式求解法中，獨立有序地求解速度和壓力各變量。 邊界條件的處理邊界條件包括流動變量在在邊界處的值。 啟動歐拉模型求解，為了提高收斂性，在求解多相流模型前可以先獲得初始解再繼續(xù)計算?；旌夏Ｐ鸵部捎糜跊]有相對速度的均勻多相流。粒子或液滴運行軌跡的計算是獨立的，被安排在流相計算的指定間隙完成。在離心分離器內(nèi)流場中，因切速度遠遠大于徑向和軸向分量，因而，通常采用雷諾應(yīng)力模型（RSM）、代數(shù)應(yīng)力模型（ASM）或RNG模型來代替Kε模型。如文獻估算，對一個渦旋進行數(shù)值計算，至少要設(shè)置十個節(jié)點，這樣對于一個小尺寸范圍內(nèi)的紊流運動要在1cm 的流場中布置10個節(jié)點。FLUENT可以在慣性坐標(biāo)系（無加速坐標(biāo)系）和具有加速度的參考坐標(biāo)系（旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系）中建立流動模型。相比研究單位自行開發(fā)的計算程序，商業(yè)計算軟件一般具有以下特點： ● 通用性廣。本設(shè)計中GLCC工藝尺寸綜合參數(shù)如下表：分離工況GLCC尺寸入口管GLCC回路（m3/s）（m3/s）氣液比工作壓力（ＭPa）直徑（mm）上部高度（mm）下部高度（mm）直徑（mm）排液管直徑（mm）排氣管直徑（mm）1:103001000406520第六章 強度設(shè)計1. 設(shè)計參數(shù)如下表：設(shè)計壓力（MPa）最大工作壓力 （MPa） 工作溫度容器尺寸(mm)工作介質(zhì)常溫（立式）有毒、易燃首先根據(jù)單層圓筒厚度計算公式： （62） 式中 計算厚度，mm 設(shè)計直徑 焊接接頭系數(shù) 計算壓力，MPa設(shè)計溫度下許用應(yīng)力由設(shè)計參數(shù)，筒體的材料是：16MnR. 根據(jù)文獻[26]查表D1知，當(dāng)厚度為616mm時，[]=170MPa,當(dāng)厚度為1636時，=163MPa因為容器所盛介質(zhì)易燃，所以壓力容器所有的焊縫采用全焊透結(jié)構(gòu)，根據(jù)文獻[26]查表43知 設(shè)計壓力：假設(shè)計算厚度為616mm,許用應(yīng)力[]=170MPa，則=設(shè)計厚度：對于16Mn鋼板偏差因而可以取名義厚度但是對低合金鋼制容器，規(guī)定不包括腐蝕余量的最小厚度不小于3mm,應(yīng)力判別式： （63）式中 計算壓力，MPa 設(shè)計直徑 設(shè)計溫度下許用應(yīng)力 有效厚度已知 則代入上式得故滿足強度要求:16MnR,當(dāng)厚度為6~16mm時, ,當(dāng)厚度為16~36mm時, 1. 橢圓形狀系數(shù): （64）式中:橢圓長軸直邊短軸而對于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,故=2. 計算橢圓的厚度: （65）式中： k橢圓形狀系數(shù)pc設(shè)計壓力Di 圓筒直徑設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力焊接接頭系數(shù)假設(shè)計算壁厚為6~16mm,則=170MPa,于是有顯然壁厚在假設(shè)范圍內(nèi),則設(shè)計壁厚對于16MnR,鋼板負(fù)偏差,加上2mm的腐蝕余量,名義厚度應(yīng)取為 6mm.根據(jù)應(yīng)力強度判別式: （66）式中: pc設(shè)計壓力 圓筒直徑 有效壁厚設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力把已知條件代入得: 故強度滿足要求:式中: 設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力 焊接接頭系數(shù),對封頭要求100%的全焊縫= 有效壁厚Di 圓筒直徑k橢圓形狀系數(shù)代入已知量得: =故封頭滿足最大工作壓力的要求考慮到設(shè)計壓力較高，介質(zhì)不允許泄漏，擬選用平焊法蘭，凸凹密封面。故綜上所述，當(dāng)DL=65mm時比較合理的。設(shè)計參數(shù)： 由以上參數(shù)和式①②③④計算可得：旋流器的半徑。 cd=24*(1+*n2)/R1+(1+16300*n3)。因為分離器的設(shè)計直徑是300 mm,故應(yīng)根據(jù)建立的氣泡軌跡模型,求解下部液相空間的高度.氣泡在GLCC內(nèi)穿過的整個軸向距離計算公式: 已知 , 由公式（20）得氣泡軸向滑脫速度:氣泡徑向速度分布: （30）式中混合物的密度分布： （31）液相切向速度分布： （32）式中為切向入口速度,m和n是指數(shù),，是氣泡的直徑。建議氣相出口流速取3～30ｍ/ｓ,～12ｍ/ｓ。通過對3種不同入口開槽結(jié)構(gòu)(矩形、同心圓形及新月形)的初步實驗發(fā)現(xiàn),同心圓形噴嘴(縮口管