【正文】 當，氣液兩相分離較困難，此時需要選擇較高的流速，若要在此情況下進行氣液分離，得到較多的氣體，就要消耗更多的能量，提高氣液流速，流速選擇12m/s16m/s較適合。（30%）模擬入口流速出口平均流速壓力變化壓降（帕）氣體體積分數(shù)2m/s（氣）（液）（入）（出）10729 %（外）%（內(nèi)）4m/s（氣）（液）（入）（出） 3%（外） 95%（內(nèi)）8m/s（氣）（液）（入）（出） 0%（外） 99%（內(nèi)）12m/s（氣）（液）（入）（出）160587 0%（外） 100%（內(nèi)）16m/s（氣）（液）（入）（出） 0%（外） 100%（內(nèi)）表411入口含氣率30%時模擬計算結(jié)果 圖411a 2m/s時氣體體積分數(shù)分布云圖 圖411b 4m/s時氣體體積分數(shù)分布云圖 圖411c 8m/s時氣體體積分數(shù)分布云圖 圖411d 12m/s時氣體體積分數(shù)分布云圖圖411e 16m/s時氣體體積分數(shù)分布云圖通過對以上3項操作環(huán)境，15種運行工況的數(shù)值模擬?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論：提高氣液的進口流速可以有效的提高氣液的分離效果，但同時也會造成能量損失的增大。在較高含氣量的情況下，進口流速可以選擇小一些，較小流速下內(nèi)壁氣體體積分數(shù)就已接近100%，內(nèi)壁開孔即可排出大量氣體。所以在較高含氣量情況下定義入口為8m/s時較合理，而內(nèi)壁氣體體積分數(shù)變化不大，外壁氣體體積分數(shù)由19%變化到3%，這對于以排氣為主的分離器來說意義不大。在中等含氣率情況下，進口流速需要選擇大一些，以促進內(nèi)壁的氣體匯聚。這樣氣液兩相可以較徹底的分離。在低含氣率的情況下，氣液進口流速可以和高含氣率情況下相當，在這種情況下可以得到更的氣液分離效果，8m/s時即可得到較理想的氣液分離效果，進一步提高氣液入口流速對分離效果的提高意義不大，但是會帶來巨大的壓降損失。在相同流速的情況下，低含氣率的運行環(huán)境得到的分離效率最高，分離效果最明顯，所以螺旋管復合氣液分離器最適宜應用在低含氣率情況下，或作為二次分離工具進行氣液分離。同時在相同流速的情況下，隨含氣率的減小，分離消耗的壓降也逐漸增大。流速的大小可以由分離器的處理量，分離器的螺旋管半徑來調(diào)整。通過上一部分的討論，已經(jīng)知道改變分離器的運行參數(shù)可以有效的提高氣液的分離效果，并且存在最佳的運行參數(shù)以在盡可能小的能量損失的情況下獲得最優(yōu)的分離效果。本節(jié)將會對分離器的結(jié)構(gòu)尺寸進行討論，對螺旋管的旋轉(zhuǎn)半徑、高度、圈數(shù)、螺旋管半徑等結(jié)構(gòu)尺寸進行數(shù)值模擬對照試驗。從而得到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)尺寸。理論表明改變螺旋管的旋轉(zhuǎn)半徑，會提高氣液的離心力，小的旋轉(zhuǎn)半徑可以有效增加氣液的分離效果，但是過小的旋轉(zhuǎn)半徑會減小氣液在螺旋管中的分離時間，對氣液分離起到相反的作用，所以理論上存在最佳的旋轉(zhuǎn)半徑。，入口氣液兩相流速均為8m/s時，在保持螺旋管其余結(jié)構(gòu)尺寸不變的情況下對分離器的旋轉(zhuǎn)半徑設置了3組對照模擬試驗。表412 第一組旋轉(zhuǎn)半徑進口流速壓降損失氣體體積分數(shù)400mm8m/s 35%（外） 99%（內(nèi)）圖412旋轉(zhuǎn)半徑為400mm時氣體體積分數(shù)分布云圖表413 第二組旋轉(zhuǎn)半徑進口流速壓降損失氣體體積分數(shù)200mm8m/s 19%（外） 100%（內(nèi)）圖413旋轉(zhuǎn)半徑為200mm時的氣體體積分數(shù)云圖表414 第三組旋轉(zhuǎn)半徑進口流速壓降損失氣體體積分數(shù)100mm8m/s0%（外） 100%（內(nèi)）圖414旋轉(zhuǎn)半徑為100mm時的氣體體積分數(shù)云圖通過對上述三組模擬對照試驗可知，減小螺旋管的旋轉(zhuǎn)半徑可以有效的提高氣液的分離效果，但減小旋轉(zhuǎn)半徑也會使氣液在螺旋管中的停留時間減小，壓降損失增大。綜合考慮旋轉(zhuǎn)半徑在150—200mm時氣液的分離效果最好，而且壓降損失也無明顯增大。改變螺旋管的高度同樣可以影響氣液的分離效果，在不改變螺旋管其余結(jié)構(gòu)尺寸的情況下對螺旋管的高度進行了3組對照模擬試驗，以得到螺旋管的最佳螺旋高度。入口流速仍舊選擇8m/s。表415 第一組螺旋高度進口流速壓降損失氣體體積分數(shù)400mm8m/s0%（外） 100%（內(nèi)）圖415a X=0截面處氣體體積分數(shù)剖面云圖圖415b 氣體體積分數(shù)分布云圖表416 第二組螺旋高度進口流速壓降損失氣體體積分數(shù)600mm8m/s19%（外） 100%（內(nèi)） 圖416a X=0截面處氣體體積分數(shù)剖面云圖 圖416b 氣體體積分數(shù)分布云圖 表417 第三組螺旋高度進口流速壓降損失氣體體積分數(shù)1000mm8m/s30%（外） 99%（內(nèi)）通過對以上三組模擬可知，在保持螺旋管其余結(jié)構(gòu)尺寸不變的情況下將螺旋管高度由600mm減小到400mm可提高氣液的分離效果，并且也會減小壓降損失。對于螺旋管的管徑選擇，要結(jié)合分離器的處理流量進行選取。螺旋管管徑的選擇主要會影響到氣液的進口流速，由于對進口流速的選擇在上一部分已經(jīng)做了全面的討論，所以此部分不在贅述。通過對上述模擬試驗的結(jié)果分析可知，在螺旋管的內(nèi)壁處匯聚大量的氣體，在適當?shù)牧魉傧聝?nèi)壁的氣體體積分數(shù)可達到100%，所以在內(nèi)壁開孔排氣是正確的選擇。對于內(nèi)壁的開孔數(shù)量、開孔位置、開孔孔徑的選擇也會影響到氣液的分離效果和對氣體的收集過程。在實際產(chǎn)出液中油氣混合并不充分，在開始進入螺旋管時存在段塞流，所以在設計時將前兩圈設計為無孔螺旋管，以便保持流體進入螺旋管后的流速和足夠的加速度，消除段塞流的影響提高分離效率。在第4圈時，流體經(jīng)過充分發(fā)展，段塞流基本消除，氣液在離心力和重力作用下大部分已經(jīng)較好的分離后，可以開孔放氣。根據(jù)每圈開孔流通面積與螺旋管截面積的正比原則，初步設計在中間兩圈每圈內(nèi)稍偏上側(cè)開直徑為5mm孔30個。下面兩圈每圈內(nèi)稍偏上側(cè)開直徑為10mm孔10個。在螺旋管旋轉(zhuǎn)半徑為200mm、螺旋管管徑30mm、螺旋管高度600mm，進口氣體體積分數(shù)為80%，進口氣液流速為8m/s時按照上述開孔方式進行了模擬實驗。 實際模擬結(jié)果表明此種開孔方式可有效的提高氣液的分離效率，氣體體積分數(shù)分布范圍為3%—100%，相同情況下不開孔時是19%—100%。并且內(nèi)壁開孔處的開孔截面平均氣體體積分數(shù)達到了97%，大量的氣體通過孔排出，液體出口處的平均液體體積分數(shù)也達到了75%以上，以上綜合說明了此種開孔方法可行，能夠?qū)崿F(xiàn)氣液的分離和分別收集。具體模擬結(jié)果如下圖所示。 圖417a 內(nèi)開孔處氣體體積分數(shù)XY分布曲線圖圖417b 液體出口處液體體積分數(shù)XY分布曲線圖 通過對螺旋管不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的對照模擬計算，得到了螺旋管最優(yōu)的結(jié)構(gòu)尺寸。對于螺旋管的旋轉(zhuǎn)半徑，在150200mm時氣液的分離效果最好，并且能量損失在可接受的范圍內(nèi)。螺旋管的高度可以由600mm減小到400mm，這樣可以有效的增加氣液的分離效果，同時采用上述的內(nèi)外壁開孔方式可以將分離出的氣液單相較好的收集起來。結(jié) 論本文主要對一種新型的復合式氣液分離器—螺旋管復合氣液分離器應用AUTOCAD軟件進行設計建模、氣液分離原理分析，并且利用大型商業(yè)計算機應用軟件FLUENT對分離器內(nèi)部螺旋分離部分進行了數(shù)值模擬計算，獲得了螺旋管內(nèi)部兩相流動的分布規(guī)律及各相的速度場、壓力場的分布特點。并得出以下結(jié)論：1. 實現(xiàn)了通過AUTOCAD軟件對復雜幾何體進行建模然后導入FLUENT中進行計算的過程，完成了對三維螺旋管的建模及網(wǎng)格劃分過程。此種方法為復雜幾何體的CFD模擬提供了新思路。2. 通過CFD模擬驗證了螺旋管分離部分能夠?qū)庖夯旌衔镞M行較徹底的分離，并且通過在適當位置開孔可有效的收集到分離的氣、液相。3. 在對螺旋管內(nèi)部流場正確模擬的基礎上，運用多組對照模擬計算的方法對分離器的運行參數(shù)進行了優(yōu)化。得出了分離器在高含氣率和低含氣率環(huán)境下的最適宜的進口流速為8m/s左右，在中等含氣率情況下的最適宜進口流速為1216m/s, 同時當流速一定情況下分離器處理的混合液的含氣率越低，分離的效率越高，所以分離器適宜處理低含氣率的混合液。4. 同樣應用對照模擬計算的方法得出了螺旋管分離部分的最優(yōu)結(jié)構(gòu)尺寸，其中最佳的旋轉(zhuǎn)半徑為150mm200mm，螺旋管高度為400mm，同時也得到了螺旋管的最適宜的開孔排氣、排液方式。5. 本文所采用的CFD模擬計算方法及對氣液旋流器優(yōu)化的過程也為其它流體機械的結(jié)構(gòu)運行參數(shù)優(yōu)化提供了一定的新思路。參考文獻[1] 馮叔初，郭揆常，王學敏. 《油氣集輸》.石油大學出版社，1988.[2] 張勁松，趙勇，[J]. 過濾與分離, 2002,12(1): 4245. 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