螺旋管復(fù)合氣液分離器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)成稿丫【完整版】(文檔可以直接使用，也可根據(jù)實(shí)際需要修訂后使用,可編輯放心下載）

摘要螺旋管復(fù)合氣液分離器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)成稿丫【完整版】(文檔可以直接使用，也可根據(jù)實(shí)際需要修訂后使用,可編輯放心下載）螺旋管復(fù)合氣液別離器是一種新型的復(fù)合式氣液別離器，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、能耗低、重量輕、易于安裝等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)階段主要用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)別離器的別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)值模擬研究別離器內(nèi)流體流動(dòng)的規(guī)律，以及結(jié)構(gòu)尺寸變化對(duì)別離效率和壓降的影響等，那么可縮短研究周期、節(jié)省實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，獲取完整的別離器內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)的信息。本文根據(jù)計(jì)算流體力學(xué)的原理和方法，以流場(chǎng)數(shù)值模擬為根底，利用大型流體計(jì)算軟件FLUENT對(duì)螺旋管復(fù)合氣液別離器螺旋別離局部內(nèi)部流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了模擬分析，得出了內(nèi)部流場(chǎng)的分布特點(diǎn)。在此根底上，以提高別離效率為目的對(duì)螺旋管復(fù)合氣液別離器的整體結(jié)構(gòu)、運(yùn)行參數(shù)、螺旋別離局部的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了螺旋別離局部最優(yōu)的結(jié)構(gòu)尺寸和別離器最正確的運(yùn)行參數(shù)。關(guān)鍵詞：旋流別離器；氣液別離；優(yōu)化；數(shù)值模擬

AbstractThetoroidcompositeknockoutisknownasanewcompositeknockout,whichhasthecompactcomposition,lightweight,lowpowerusedandcanbeeasilyfixed.Atthemoment,themeanmethodtoresearchtheperformanceoftheseparationandoperationistheexperimentalmeans.Theresearchcycleandexperimentalfundswillbedecreasedaswellastheacquirementoftheintegritycycloneinteriorflowregimeinformation,ifthetheoreticalanalysiscalculationandthenumericalsimulationoftheflowfieldcanbeusedtoresearchthemovementlawofthefluidintheknockoutandtheeffectofthecompositionsizetotheseparationefficiencyandthepressuredrop.MovementlawsforfluidintoroidcompositeknockoutweresimulatinganalyzedbytheFLUENT,accordingtothetheoryandmethodofCFD,basingonnumericalsimulationofflowfield.Andtheinternalmovementlawswasgiven.Atthesametime,byusingtheabovemethod,theoverallstructure,theoperationalparameterofthetoroidcompositeknockoutandthecompositionsizeofthetoroidhavebeenoptimizedtoenhancedtheseparationefficiency,whichisalsosucceedinthepracticaluse.Keywords:CycloneSeparator;Gas/LiquidSeparation;Optimization;NumericalSimulation

目錄TOC\o"1-2"\f\h\z第1章概述 11.1油氣別離工藝開展簡(jiǎn)介 11.2計(jì)算流體力學(xué)(CFD)簡(jiǎn)介 31.3FLUENT-CFD軟件簡(jiǎn)介 5第2章螺旋管復(fù)合氣液別離器工作原理分析 62.1螺旋管復(fù)合氣液別離器結(jié)構(gòu)模型 62.2螺旋管復(fù)合氣液別離器工作原理分析 82.3邊界條件 12第3章螺旋別離局部兩相紊流數(shù)值模擬 153.1模型相關(guān)初始參數(shù)的設(shè)定 153.2螺旋別離局部建模 153.3應(yīng)用GAMBIT對(duì)螺旋管進(jìn)行前處理 173.4應(yīng)用FLUENT對(duì)螺旋管內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算 223.5內(nèi)部流場(chǎng)的模擬結(jié)果分析 26第4章螺旋別離局部的優(yōu)化設(shè)計(jì) 314.1優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的及意義 314.2螺旋別離局部運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化 314.3螺旋別離局部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 39結(jié)論 46參考文獻(xiàn) 47致謝 48概述氣液別離作為油氣集輸?shù)氖滓A段在整個(gè)集輸系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，氣液別離質(zhì)量的好壞對(duì)后續(xù)的油氣計(jì)量，原油、天然氣凈化等工藝流程的進(jìn)行有著重要意義，對(duì)最終的油氣產(chǎn)品質(zhì)量也有著不可無視的影響。應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)方法和工具軟件可有效的對(duì)各種別離器內(nèi)部流場(chǎng)分布、別離原理進(jìn)行模擬分析，從而得到最正確的別離效率。油氣別離工藝開展簡(jiǎn)述氣液別離器的分類及特點(diǎn)氣液別離過程通常是在氣液別離器中進(jìn)行，氣液別離器是油氣田用的最多、最重要的設(shè)備之一。有時(shí)候別離器也作為油氣水以及泥沙等多相的別離、緩沖、計(jì)量之用。油氣別離器按照別離器的功能可以分為油氣兩相別離器、油氣水三相別離器、計(jì)量別離器、和生產(chǎn)別離器等；按其工作壓力可以分為真空〔低于0.1兆帕〕、中壓〔1.5-6兆帕〕和高壓〔高于6兆帕〕別離器等；按其實(shí)現(xiàn)油氣別離主要用的能量又可分為重力式〔容積式〕、離心式〔旋流式〕、和復(fù)合式等。容積式氣液別離器容積式屬常規(guī)氣液別離器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，在油田上應(yīng)用比擬廣泛。容積式氣液別離器一般采用重力沉降罐的結(jié)構(gòu)形式，采用氣液重力沉降別離原理。按其外形可以分為臥式、立式、臥式雙筒別離器、過濾式別離器。氣液旋流別離器傳統(tǒng)的容積式氣液別離器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，但其體積龐大，占地面積大，處理時(shí)間較長，能耗大。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)境使得容積式氣液別離器的應(yīng)用受到很大的限制。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別離裝置應(yīng)運(yùn)而生。與容積式別離器相比，旋流式氣液別離器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、能耗低、重量輕、易于安裝且操作方便等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)從環(huán)境和平安考慮，它又可明顯降低烴的殘留量。因而氣液旋流別離技術(shù)具有廣闊的工程應(yīng)用前景，近年來已日益成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)技術(shù)。旋流別離是一種高效的多相流別離技術(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)兩相或多相別離的。人們對(duì)旋流器的研究由來已久，自從1886年Marse的第一臺(tái)旋粉圓錐形旋風(fēng)別離器問世以來，旋流別離技術(shù)已廣泛應(yīng)用于石油、化工、食品、造紙等行業(yè)。隨著旋流器應(yīng)用的日益廣泛，國內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)旋流器的結(jié)構(gòu)、尺寸、流場(chǎng)特性進(jìn)行了大量研究，并相繼提出了各種別離理論，但多集中于氣-固別離的旋風(fēng)別離器和用于液-固、液-液別離的水力旋流別離器，。許多研究者已相繼提出各種各樣的別離理論，已經(jīng)有了比擬完善的別離理論，設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用實(shí)踐。由于具有廣闊的使用前景和顯著的優(yōu)點(diǎn)，人們對(duì)氣-液旋流別離技術(shù)也開展了大量的試驗(yàn)和理論研究。但與氣-固、液-固別離不同，氣-液兩相流動(dòng)過程中顆粒〔液滴或氣泡〕的碰撞、團(tuán)聚、和擴(kuò)散鼓勵(lì)更加復(fù)雜，由于不確定的因素較多，計(jì)算復(fù)雜，同時(shí)受氣-液兩相流開展的限制，使氣-液旋流別離的研究遠(yuǎn)滯后于旋風(fēng)別離器和水力旋流器。近年來氣-液旋流別離技術(shù)已日益成為國內(nèi)外爭(zhēng)相研究的熱點(diǎn)技術(shù)。目前，國內(nèi)外對(duì)于氣-液旋流別離的研究主要可分為4類，即：氣-液旋流別離技術(shù)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)研究、旋流別離器內(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-液兩相旋流別離機(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。氣液旋流別離技術(shù)作為一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、新型、高效、緊湊的氣液別離技術(shù)，具有阻力小，耗能少，別離效率高等優(yōu)點(diǎn)，已成為工業(yè)新型氣液別離技術(shù)的熱點(diǎn)。正成為石油、天然氣開采工業(yè)井口、井下油氣別離的重要設(shè)備，并被廣泛應(yīng)用于壓縮空氣中的油水別離、航空宇宙中的氦氣別離、生物發(fā)酵以及食品工業(yè)的尾氣處理、工業(yè)廢氣的凈化處理、化工生產(chǎn)以及環(huán)境工程中的氣液別離等工藝中，顯示了良好的工程應(yīng)用前景。由于受氣一液兩相流體力學(xué)開展的限制，加上不確定的因素較多，計(jì)算復(fù)雜，目前雖然氣-液旋流別離技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的成效，但從整體上看，理論研究落后于實(shí)際應(yīng)用。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研究還有待開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)提供可靠的別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)立標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，是氣-液旋流別離技術(shù)研究迫切需要解決的問題。計(jì)算流體力學(xué)(CFD)簡(jiǎn)介CFD概述CFD(ComputationFluidDynamics)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。計(jì)算流體力學(xué)是近代流體力學(xué)、數(shù)值數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一門具有強(qiáng)大生命力的邊緣學(xué)科。它以電子計(jì)算機(jī)為工具，應(yīng)用各種離散化的數(shù)學(xué)方法，對(duì)流體力學(xué)的各類問題進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬和分析研究，以解決各種實(shí)際問題。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。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的推廣普及和計(jì)算方法的不斷開展，幾十年來CFD技術(shù)取得了蓬勃的開展。計(jì)算流體力學(xué)的原理是用數(shù)值方法求解非線性聯(lián)立的質(zhì)量、能量、動(dòng)量和自定義的標(biāo)量的微分方程組，求解結(jié)果能預(yù)報(bào)流動(dòng)過程的細(xì)節(jié)，并成為過程裝置優(yōu)化和放大定量設(shè)計(jì)的有力工具。計(jì)算流體力學(xué)的根本特征是數(shù)值模擬和計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)，它從根本物理定理出發(fā)，在很大程度上替代了耗資巨大的流體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在科學(xué)研究和工程技術(shù)中產(chǎn)生了巨大的影響?，F(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。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。這些學(xué)科的交叉融合，相互促進(jìn)和支持，推動(dòng)著這些學(xué)科的深入開展。由于數(shù)值模擬相對(duì)于實(shí)驗(yàn)研究有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，例如本錢低、周期短、能獲得完整的數(shù)據(jù)、能模擬出實(shí)際運(yùn)行過程中各種所測(cè)數(shù)據(jù)狀態(tài)等。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。數(shù)值模擬也存在一定的局限性。首先，要有準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，這不是所有問題都能做到的。有些問題，其機(jī)理尚未完全清楚，很難有準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，因此限制了數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用。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。這些分析方法大局部對(duì)線性方程是有效的，對(duì)非線性方程那么不是有效的。最后，數(shù)值模擬還受到計(jì)算機(jī)本身?xiàng)l件的限制，即計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度和容量的限制。CFD在氣液旋流器研究中的應(yīng)用目前，關(guān)于旋流別離器流場(chǎng)的數(shù)值模擬人們已經(jīng)進(jìn)行了很多研究，但對(duì)于氣-液旋流別離技術(shù)的CFD研究開展要比旋風(fēng)別離器、水力旋流器進(jìn)展緩慢。1982年，Boyson等首先用CFD技術(shù)手段采用將k-ε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。近年來，人們分別采用k-ε模型、RNG—k-ε模型和RSTM模型對(duì)旋風(fēng)別離器進(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)。CFD預(yù)報(bào)數(shù)值與LDV實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)照顯示，以渦旋粘度方法為根底的湍流模型在預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)觀察到的合成渦旋時(shí)是失敗的，標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型、RNG-k-ε模型預(yù)測(cè)的軸向速度和切向速度分布是不真實(shí)的，不適用于旋風(fēng)流動(dòng)。而雷諾應(yīng)力輸運(yùn)模型的預(yù)測(cè)與所有3個(gè)渦旋量的測(cè)定輪廓趨勢(shì)非常吻合，盡管正常湍動(dòng)應(yīng)力比預(yù)測(cè)的高，還有些差異需要進(jìn)一步改良。對(duì)于氣-液旋流別離器的CFD模擬研究起較晚，ErdalFM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。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。軸向速度顯示兩個(gè)區(qū)域：中心附近向上流動(dòng)的區(qū)域和壁面附近向下流動(dòng)的區(qū)域。模擬結(jié)果與LDV實(shí)驗(yàn)測(cè)量的速度分布趨勢(shì)非常相似。而且與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果比擬發(fā)現(xiàn)：標(biāo)準(zhǔn)k-ε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。GomezLE在顆粒軌跡模型的根底上對(duì)重相氣-液兩相旋流別離中顆粒運(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。近年來，人們對(duì)旋流器進(jìn)行了大量的CFD研究，由于有關(guān)理論還不完善，以這些理論為根底的CFD只能是在相當(dāng)程度上與真實(shí)流場(chǎng)的一種近似，各種模型和計(jì)算還需不斷的改良。FLUENT-CFD軟件簡(jiǎn)介FLUENT軟件是目前市場(chǎng)上最流行的CFD軟件，它在美國的市場(chǎng)占有率到達(dá)60%，在中國也是得到最廣泛應(yīng)用的CFD軟件。FLUENT軟件的根本組成FLUENT軟件既然作為CFD軟件，就要為流體動(dòng)力學(xué)效勞。FLUENT軟件包包括以下幾個(gè)軟件：FLUENT求解器—FLUENT軟件的核心，所有計(jì)算在此完成；prePDF—FLUENT用PDF模型計(jì)算燃燒過程的預(yù)處理軟件；GAMBIT—FLUENT提供的網(wǎng)格生成軟件；TGRID—FLUENT從外表網(wǎng)格生成空間網(wǎng)格的軟件；過濾器—或者叫翻譯器，可以將其他CAD、CAE軟件生成的網(wǎng)格文件轉(zhuǎn)變成能被FLUENT識(shí)別的網(wǎng)格文件。FLUENT軟件的求解原理對(duì)于一個(gè)具體的工程，首先可以通過FLUENT的前處理軟件GAMBIT進(jìn)行前處理。GAMBIT包含功能較強(qiáng)的幾何建模能力和強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分能力，可以劃分出包含邊界層等CFD特殊要求的高質(zhì)量的網(wǎng)格。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。其通過構(gòu)筑結(jié)構(gòu)網(wǎng)格或非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對(duì)指定流場(chǎng)的偏微分方程或積分方程進(jìn)行離散，進(jìn)行離散的方法有有限差分法、有限元法、有限體積法等，GAMBIT使用的就是有限體積法。除GAMBIT之外，ICEMCFD、GridGen軟件也可以生成FLUENT計(jì)算網(wǎng)格，對(duì)于幾何模型的建立也可以通過CAD、I-DEAS、Pro/E、SolidWorks、Solidedge等軟件進(jìn)行。得到了GAMBIT等軟件建立的網(wǎng)格文件之后就可以應(yīng)用FLUENT求解器進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算。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。螺旋管復(fù)合氣液別離器工作原理分析螺旋管復(fù)合氣液別離器，屬復(fù)合式氣液別離器。結(jié)合了容積式氣液別離技術(shù)和旋流別離技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、別離效果好、適應(yīng)流量和含氣量范圍大等優(yōu)點(diǎn)。特別適合應(yīng)用于海洋采油平臺(tái)或海底下生產(chǎn)系統(tǒng)的操作空間和承載重量都受到嚴(yán)格限制的生產(chǎn)環(huán)境。螺旋管復(fù)合氣液別離器結(jié)構(gòu)模型螺旋管復(fù)合氣液別離器的結(jié)構(gòu)模型是以立式容積式氣液別離器為母體，并結(jié)合了旋流別離原理的螺旋別離局部。整個(gè)別離器可以分為三個(gè)組成局部：集氣局部、螺旋別離局部、集液局部。圖2-1a螺旋管復(fù)合氣液別離器外觀視圖圖2-1b螺旋管復(fù)合氣液別離器整個(gè)別離器外觀呈圓柱筒形，設(shè)計(jì)總高H0=2400mm，桶內(nèi)徑D=600mm，有一個(gè)混合液流進(jìn)口，一個(gè)氣體出口，一個(gè)液體出口和一個(gè)底面的排污口。相關(guān)文獻(xiàn)說明，立式別離器總高大約是總直徑的3.5到5倍，所以此別離器徑高比符合要求。整個(gè)別離器可以分為三個(gè)組成局部：集氣局部、螺旋別離局部、集液局部。圖2-2螺旋管復(fù)合氣液別離器結(jié)構(gòu)視圖圖2-3螺旋管復(fù)合氣液別離器結(jié)構(gòu)主視圖集氣局部〔除霧器別離段〕，呈筒腔狀空間，設(shè)計(jì)高度H1=400mm，內(nèi)徑600mm。此局部主要用于對(duì)氣體攜帶少量油品的回收和對(duì)別離出的氣體進(jìn)行會(huì)聚排空。主要包括的別離原件為除霧器。對(duì)于水平安裝的絲網(wǎng)除霧器，我國推薦集氣局部一般不小于400mm。螺旋別離局部，別離器的旋流別離局部，同時(shí)也作為立式容積式別離器的沉降別離段，設(shè)計(jì)高度H2=700mm。實(shí)物設(shè)計(jì)中一般取H2=D，別離質(zhì)量的好壞與H2的大小有一定關(guān)系。H2愈小，氣體流向出口的速度愈不均勻，愈易帶出油滴。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到達(dá)勻速沉降，也就是說此段高度較小會(huì)使氣液別離質(zhì)量變差，但實(shí)踐證明過長的沉降段對(duì)改善別離質(zhì)量無明顯效果。相關(guān)文獻(xiàn)推薦H2不小于600mm。所以我以700mm作為實(shí)物的沉降別離段尺寸。螺旋別離局部主要由螺旋管別離原件組成。螺旋管局部設(shè)計(jì)總高600mm，由6圈螺旋構(gòu)成，螺距100mm，螺旋管內(nèi)徑30mm集液局部，由入口別離段、液體儲(chǔ)存段、液封段組成。入口別離段，設(shè)計(jì)高度H3=600mm，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，入口別離段一般不小于600mm。擬在螺旋管的末端安裝入口分流器，將螺旋管末端作為重力沉降別離局部的出口端，入口別離段主要用于對(duì)經(jīng)過旋流別離得到的氣液組分進(jìn)行進(jìn)一步別離，經(jīng)過此局部別離之后，液體靠重力進(jìn)入儲(chǔ)液局部，氣體上升進(jìn)入集氣局部。氣液開始進(jìn)入重力沉降別離過程。液體儲(chǔ)存段h，以原油在別離器內(nèi)需要停留的時(shí)間確定。不同的生產(chǎn)要求，此局部的高度有所不同。液封段，設(shè)計(jì)高度H4=400mm。為防止氣體竄入原油管路，實(shí)物高度一般不小于400mm。螺旋管復(fù)合氣液別離器工作原理分析2.2.1大體上來說別離器的工作原理是：氣液混合流體首先通過混合液流進(jìn)口進(jìn)入螺旋別離局部的螺旋管，隨即產(chǎn)生離心加速度，在離心力和重力共同作用下密度大的液體向管道外下側(cè)聚集，密度小的氣體向管道內(nèi)上側(cè)聚集，在螺旋管道內(nèi)上側(cè)開孔，即可排出氣體。此過程即旋流別離過程。當(dāng)流體含氣量很少或總體流量較小時(shí)，別離器主要依靠集氣局部和集液局部進(jìn)行重力別離。即此時(shí)采用容積式別離技術(shù)。氣液混合流體經(jīng)螺旋別離過程之后實(shí)現(xiàn)別離，別離出的液體在別離器下部聚集，沉降到一定程度后經(jīng)下部的排液口排出，而別離出的氣體那么經(jīng)重力沉降局部沉降攜帶的液滴后進(jìn)入集氣局部會(huì)聚然后經(jīng)上部氣體出口排出。也就是說整個(gè)別離器的別離過程應(yīng)用了重力沉降別離原理和離心力別離原理。2.2.2重力別離原理重力作用下氣液別離包括液滴在氣體中沉降到氣液界面和氣泡從液體中上浮到氣液界面兩個(gè)過程。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，在立式別離器中，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。液體中的氣泡受到浮力與自身重力和原油阻力的合力作用上浮，在立式別離器中，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。為了便于分析計(jì)算，作如下簡(jiǎn)化假設(shè)：液滴為球形，在沉降過程中既不破碎也不與其它液滴合并；氣體在沉降局部的流動(dòng)是穩(wěn)定的，任一點(diǎn)的流速不隨時(shí)間變化。液滴受力分析如圖4-1所示，作用在液滴上的力有重力G、氣體浮力L、氣體阻力R。圖2-4液滴受力圖重力與浮力的合力可由下式計(jì)算〔2-1〕式中d－球形液滴直徑，m；－別離條件下液滴、氣體的密度，Kg/m3；g－重力加速度，m/s2。氣體對(duì)液滴的阻力與液滴沉降速度平方、液滴在沉降方向上的投影面積、氣體密度成正比，可用下式表示 〔2-2〕式中－阻力系數(shù)；－液滴沉降速度，m/s。勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，合力為零，F(xiàn)與R相等，聯(lián)立式〔2-1〕、〔2-2〕得勻速沉降速度 〔2-3〕阻力系數(shù)是雷諾數(shù)Re的函數(shù)，雷諾數(shù)是判斷流體流動(dòng)狀態(tài)的準(zhǔn)那么，它表示流體流動(dòng)的慣性力于粘性力的比值。在立式別離器中，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， 〔2-4〕從原油中別離出氣泡的過程與從氣體中別離液滴過程原理相同，氣泡受到的浮力與自身重力和原油阻力的合力作用上浮，由于原油粘度較大，氣泡上浮速度較慢，雷諾數(shù)較小，流態(tài)一般處于層流區(qū)，可應(yīng)用斯托克斯公式計(jì)算氣泡上浮速度 〔2-5〕式中－氣泡勻速上浮的速度，m/s；dg－氣泡直徑，計(jì)算中常取〔1～2〕10-3m－別離條件下原油動(dòng)力粘度，Pa?s。在立式別離器中，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 〔2-6〕式中－液面平均下降速度，m/s。2.2.3液滴在螺旋管垂直剖面徑向受力分析如圖4-2所示，作用在液滴上的力有重力G、離心力Fl、氣體浮力L、合力為F，氣體阻力R。分散于氣相中的液滴受到合力作用向螺旋管外下側(cè)運(yùn)動(dòng)，隨著運(yùn)動(dòng)速度的增加氣體阻力增大，加速度減小，當(dāng)合力為零時(shí)液滴勻速運(yùn)動(dòng)。液中氣泡在合力作用下向螺旋管內(nèi)上側(cè)運(yùn)動(dòng)。圖2-5a液滴受力圖2-5b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〔2-7〕式中q－氣液總流量,m3/s；D1－螺旋管截面直徑，m。D2－螺旋管圈直徑，m。氣體對(duì)液滴的阻力R可用下式計(jì)算 〔2-8〕式中－阻力系數(shù)；－液滴在螺旋管垂直剖面上運(yùn)動(dòng)速度，m/s。螺旋管中實(shí)現(xiàn)液滴別離的條件是液滴加速運(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。實(shí)現(xiàn)氣泡別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。參照重力別離原理，根據(jù)處理量范圍和預(yù)期離心加速度值即可確定螺旋管的截面直徑、螺旋管圈直徑、圈數(shù)。邊界條件入口邊界根據(jù)軸對(duì)稱假設(shè)，可將入口簡(jiǎn)化為流體從基圓四周均勻流入，流體的速度可由質(zhì)量守恒條件給出假設(shè)旋流入口流量為定值，那么入口速度的邊界條件為：(2-9)(2-10)(2-11)入口處的K和一般由實(shí)驗(yàn)值確定，而目前尚沒有這方面的數(shù)據(jù)?？刹捎靡韵鹿接?jì)算：(2-12)(2-13)式中：D：入口圓筒直徑；：入口當(dāng)量直徑；：入口傾角。=0.09底流口邊界底流口流動(dòng)按充分開展處理，各流動(dòng)參數(shù)的法向梯度為零，即：；；；(2-14)；(2-15)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：(2-16)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。這里的雷諾數(shù)定義為：(2-17)式中：Rt：湍流雷諾數(shù)；：流體分子粘性系數(shù)。通常將湍流雷諾數(shù)Rt小于150的湍流稱為低雷諾數(shù)湍流。而近壁區(qū)的流動(dòng)屬于低雷諾數(shù)湍流。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。處理近壁區(qū)的方法有兩種：低雷諾數(shù)湍流模型和壁面函數(shù)法。低雷諾數(shù)湍流模型需要在近壁區(qū)設(shè)置精密網(wǎng)格，表達(dá)出分子粘性的影響，以便反映流動(dòng)參數(shù)在該區(qū)域的強(qiáng)烈變化。由于很難在近壁區(qū)實(shí)施精確測(cè)量，以及精密網(wǎng)格大大增加了計(jì)算機(jī)的容量和計(jì)算時(shí)間，使得低雷諾數(shù)湍流模型的開展速度和應(yīng)用范圍受到影響。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。壁面函數(shù)可以提供近壁區(qū)網(wǎng)格內(nèi)平行于壁面的速度分量與壁面應(yīng)力的關(guān)系以及紊能產(chǎn)生和耗散等信息。本文采用壁面函數(shù)法處理壁面附近的區(qū)域。壁面函數(shù)法的根本思想可歸納如下：1〕假設(shè)在所計(jì)算問題壁面附近粘性支層以外的地區(qū)，無量綱速度的分布服從對(duì)數(shù)律分布。由流體力學(xué)可知，對(duì)數(shù)分布律為：(2-18)其中：=，稱為切應(yīng)力速度；馮卡門常數(shù)=0.4~0.42；B=5.0~5.5。在這一定義中只有時(shí)均值u而無湍流參數(shù)。為了反映湍流脈動(dòng)的影響需要把、的定義作一擴(kuò)展：(2-19)(2-20)在上述定義中，既引用了湍流參數(shù)K，同時(shí)又保存了壁面切應(yīng)力。當(dāng)邊界層流動(dòng)中脈動(dòng)動(dòng)能的產(chǎn)生和耗散相平衡時(shí)，它與常規(guī)定義一致。采用上述定義后，速度的對(duì)數(shù)分布律可表示為：(2-21)其中=B。2〕在劃分網(wǎng)格時(shí)，將第一個(gè)內(nèi)節(jié)點(diǎn)P布置到對(duì)數(shù)分布律成立的范圍內(nèi)，即配置到旺盛湍流區(qū)域。3〕第一個(gè)內(nèi)結(jié)點(diǎn)與壁面之間區(qū)域的當(dāng)量粘性系數(shù)按下式確定：(2-22)式中由對(duì)數(shù)分布律確定，為壁面上的速度。據(jù)此式，可導(dǎo)出第一個(gè)內(nèi)節(jié)點(diǎn)上的的計(jì)算式。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：(2-23)由以上兩式聯(lián)立解得為：(2-24)式中為分子粘性系數(shù)。4〕對(duì)第一個(gè)內(nèi)節(jié)點(diǎn)P上的和確實(shí)定方法作出選擇。之值仍可以按K方程計(jì)算，其邊界條件取為〔〕=0〔y為垂直于壁面的坐標(biāo)〕。的值不是通過求解有限差分方程，而是根據(jù)代數(shù)方程來計(jì)算，值后，的可按下式計(jì)算：(2-25)式中：l的值由混合長度理論計(jì)算出，。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)。可令各變量沿圓周方向的梯度為零，即：〔2-26〕螺旋別離局部兩相紊流數(shù)值模擬模型相關(guān)初始參數(shù)的設(shè)定計(jì)算中所取物性參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考察綜合選定為：油的密度860kg/m3，動(dòng)力黏度0.048kg/m·s，天然氣密度0.7kg/m3，動(dòng)力黏度為1e-06kg/m·s，操作壓強(qiáng)為101325Pa，重力加速度9.81m/s2。油氣混合物入口流速為12m螺旋別離局部建模螺旋別離局部主要?jiǎng)e離原件為螺旋管，螺旋管高度為600mm，螺旋圈數(shù)為6，旋轉(zhuǎn)半徑為200mm，螺旋管半徑為30mm，模型以真實(shí)尺寸的十分之一建模。對(duì)于螺旋管的建?？梢詰?yīng)用多種方法進(jìn)行，GAMBIT雖然提供了一定的建模理論方法，但對(duì)于螺旋管的建模那么較為復(fù)雜，而AUTOCAD2021那么直接提供了螺旋線的建模方法?？刹捎肁UTOCAD建模后導(dǎo)入GAMBIT的方法。第一步：?jiǎn)?dòng)AUTOCAD2021第二步：直接創(chuàng)立螺旋線操作：繪圖→螺旋圖3-1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。應(yīng)用此方法建立的螺旋線模型如下列圖所示。圖3-2建立的螺旋線模型第三步：UCS轉(zhuǎn)換操作：工具→新建UCS→X軸→輸入90AUTOCAD默認(rèn)的繪圖平面是X-Y面，要想在與螺旋線垂直的面內(nèi)作圖就要對(duì)X-Y坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換。第四步：在螺旋線的底面端點(diǎn)畫與螺旋線垂直的圓面，作為三維拉伸的基圓操作：繪圖→圓圖3-3繪制底面基圓第五步：將圓形變成圓面操作：繪圖→面域→選擇用于拉伸的底面基圓，此操作可將圓形打成圓面，經(jīng)過拉伸之后即可成為三維實(shí)體。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?！靾D3-4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〕，具體操作如下列圖所示通過進(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。圖3-5增強(qiáng)視覺效果后的螺旋管模型第八步：將生成的螺旋管模型輸出為SAT格式操作：文件→輸出→在對(duì)話框中選擇ACIS〔*.SAT〕GAMBIT能夠讀入多種文件格式，其中CAD文件需要輸出格式為SAT格式。應(yīng)用GAMBIT對(duì)螺旋管進(jìn)行前處理在應(yīng)用了AUTOCAD對(duì)螺旋管進(jìn)行建模并輸出文件之后，就可以在GAMBIT中導(dǎo)入ACIS文件，進(jìn)行劃分網(wǎng)格，初步定義邊界條件。在GAMBIT中導(dǎo)入ACIS文件啟動(dòng)進(jìn)入GAMBIT后，選擇FILE→IMPORT→ACIS命令即可選擇文件，進(jìn)而將AUTOCAD文件導(dǎo)入GAMBIT中。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〔Healgeometry〕和MakeTolerant命令選中。圖3-6導(dǎo)入到GAMBIT中的螺旋管模型在GAMBIT中對(duì)模型入口段進(jìn)行處理在GAMBIT中得到螺旋管模型之后，可以應(yīng)用GAMBIT的建模功能對(duì)螺旋管增加長度為400mm的入口局部。操作Operation→Geometry→Volume→Sweepfaces圖3-7增參加口段后的螺旋管模型畫出入口段后對(duì)兩個(gè)幾何體進(jìn)行并集運(yùn)算即可得到整個(gè)包括入口段的螺旋管模型。操作：Operation→Geometry→Volume→UnitRealVolumes對(duì)螺旋管進(jìn)行網(wǎng)格劃分GAMBIT提供了多種網(wǎng)格劃分方式，對(duì)體的網(wǎng)格劃分，可以按照先劃分面網(wǎng)格，在以面網(wǎng)格為網(wǎng)格種子劃分體網(wǎng)格的方法進(jìn)行。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。但此種方法對(duì)幾何體的幾何結(jié)構(gòu)要求較高，在實(shí)現(xiàn)了面網(wǎng)格劃分后對(duì)體網(wǎng)格的劃分要求比擬高，可以應(yīng)用的體網(wǎng)格劃分方法比擬有限。此外，此種網(wǎng)格劃分方法對(duì)計(jì)算機(jī)的處理能力也有較高的要求，局部的加密網(wǎng)格會(huì)使成個(gè)體的網(wǎng)格密度加大，增加計(jì)算機(jī)的處理量。除了上述方法之外還可以應(yīng)用GAMBIT直接對(duì)體網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分，此種方法簡(jiǎn)單，整個(gè)體可以按照相同的原那么進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對(duì)計(jì)算機(jī)的處理能力要求較低，本文采用此種劃分網(wǎng)格方法。GAMBIT提供的體網(wǎng)格劃分方法有以下幾種Map〔規(guī)那么網(wǎng)格〕：創(chuàng)立規(guī)那么的六面體網(wǎng)格元素的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。Submap〔子規(guī)那么網(wǎng)格〕：將一個(gè)無法用Map方法創(chuàng)立網(wǎng)格的體拆分成幾個(gè)可用Map劃分網(wǎng)格的區(qū)域，并在每個(gè)區(qū)域種創(chuàng)立六面體網(wǎng)格元素的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格〔即用Map方法劃分每個(gè)區(qū)域〕。TetPrimitive：將一個(gè)邏輯四面體〔four-sidevolume〕劃分成四個(gè)六面體區(qū)域，并用map方法在每個(gè)區(qū)域種劃分網(wǎng)格。Cooper〔庫勃〕：根據(jù)“源〞面上定義的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)模式掃過整個(gè)體而創(chuàng)立網(wǎng)格。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。Stairstep：創(chuàng)立規(guī)那么六面體網(wǎng)格和一個(gè)對(duì)應(yīng)的由小面的體，體和原來體的形狀大致相似。在嘗試了幾種體網(wǎng)格劃分方案之后，結(jié)合螺旋管的幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我選擇了以Tgrid方法作為體網(wǎng)格劃分方案，直接進(jìn)行體網(wǎng)格劃分。操作為：Operation→Mesh→Volume→MeshVolumes在劃分體網(wǎng)格對(duì)話框中輸入相關(guān)參數(shù)，如選擇要?jiǎng)澐值膸缀误w，確定體網(wǎng)格劃分方案，網(wǎng)格元素類型，網(wǎng)格大小等。執(zhí)行命令后得到螺旋管的網(wǎng)格圖如下列圖圖3-8螺旋管別離局部網(wǎng)格圖對(duì)螺旋管局部定義邊界條件在對(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。邊界條件的給出對(duì)于后續(xù)的應(yīng)用FLUENT求解器進(jìn)行計(jì)算有重要意義，此處可初步給定邊界條件的類型，而在應(yīng)用FLUENT進(jìn)行計(jì)算時(shí)可進(jìn)一步準(zhǔn)確定義邊界條件。GAMBIT提供了多種邊界類型供選擇：速度入口〔velocity-inlet〕：給定入口處的邊界上的速度。該邊界條件適用于不可壓縮流動(dòng)問題，對(duì)可壓?jiǎn)栴}那么不適用，否那么該入口邊界條件會(huì)使入口處的總溫或總壓有一定的波動(dòng)。壓力入口〔pressure-inlet〕：給出入口邊界上的總壓。壓力入口邊界條件通常用于流體在入口處的壓力為的情形，對(duì)計(jì)算可壓和不可壓?jiǎn)栴}都適合。質(zhì)量入口〔mess-flow-inlet〕：給出入口邊界上的質(zhì)量流量。質(zhì)量入口邊界條件主要用于可壓縮流動(dòng)，對(duì)于不可壓縮流動(dòng)，由于密度是常數(shù)，可以用速度入口條件。壓力出口〔pressure-outlet〕：給定邊界條件上的靜壓。對(duì)于有回流的出口，該邊界條件比outflow邊界條件更容易收斂。無窮遠(yuǎn)壓力邊界〔pressure-far-field〕：該邊界條件用于可壓縮流動(dòng)，該邊界條件適用于理想氣體定律計(jì)算密度的問題。自由出流〔outflow〕：對(duì)于出流邊界上的壓力或速度均為未知的情形，可以選擇自由出流邊界條件。這類邊界條件的特點(diǎn)是不需要給定出口條件〔除非是計(jì)算別離質(zhì)量流，輻射換熱，或者包括顆粒稀疏相問題〕，出口條件都是通過FLUENT內(nèi)部計(jì)算得到。進(jìn)口通風(fēng)〔inletvent〕：進(jìn)口通風(fēng)邊界條件需要給定入口損失系數(shù)流動(dòng)方向和進(jìn)口環(huán)境總壓和總溫。進(jìn)口風(fēng)扇〔intakefan〕：進(jìn)口風(fēng)扇邊界條件需要給定壓降，流動(dòng)方向和環(huán)境總壓和總溫。出口通風(fēng)〔outletvent〕：出口邊界條件用于模擬出口通風(fēng)情況并給定一個(gè)損失系數(shù)以及環(huán)境〔出口〕壓力和溫度。排出風(fēng)扇給定損失系數(shù)和環(huán)境靜壓和靜溫。排氣扇〔exhaustfan〕：排風(fēng)扇給定壓降，環(huán)境靜壓。排氣扇邊界條件用于模擬外部排氣扇，給定一個(gè)壓升和環(huán)境壓力。對(duì)稱邊界〔symmetry〕：對(duì)稱邊界條件適用于流動(dòng)及傳熱場(chǎng)是對(duì)稱的情形。周期性邊界條件〔periodic〕：如果我們所關(guān)心的流動(dòng)，其幾何邊界，流動(dòng)和換熱是周期性重復(fù)的，那么可以采用周期性邊界條件。固壁邊界〔wall〕：對(duì)于粘性流動(dòng)問題，F(xiàn)LUENT默認(rèn)設(shè)置是壁面無滑移條件。對(duì)于壁面有平移運(yùn)動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以指定壁面切向速度分量，也可以給出壁面切應(yīng)力從而模擬壁面滑移。在對(duì)螺旋管的模擬問題中，已經(jīng)給定了螺旋管的進(jìn)口流速為12m/s，所以對(duì)螺旋管進(jìn)口可設(shè)定速度入口邊界條件，此種方法設(shè)定較簡(jiǎn)單，因出流邊界上的壓力或速度均為未知，所以出口可應(yīng)用自由出流邊界條件，并且此模型符合自由出流的限制條件。操作為：Operation→Zone→邊界條件設(shè)置對(duì)話框?qū)τ谶吔鐥l件的定義，F(xiàn)LUENT提供了更為全面的定義方法，在GAMBIT中對(duì)邊界條件的定義主要是定義邊界條件的種類。此例中定義螺旋管入口為速度入口邊界條件，出口為自由出流邊界條件，其余局部〔螺旋管壁〕默認(rèn)為固壁邊界。保存并輸出Mesh文件在應(yīng)用GAMBIT對(duì)螺旋管進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型處理、網(wǎng)格劃分、定義邊界類型等操作后需要將圖形輸出為MESH文件，以供FLUENT導(dǎo)入進(jìn)行計(jì)算。操作為：File→SaveAs，指定路徑即可實(shí)現(xiàn)保存操作。操作為：File→Export→Mesh，選擇輸出路徑即可實(shí)現(xiàn)輸出Mesh文件操作。3.4應(yīng)用FLUENT對(duì)螺旋管內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算讀入MESH網(wǎng)格讀入網(wǎng)格文件操作：File→Read→Case…翻開GAMBIT輸出的MESH文件。此過程返回的網(wǎng)格信息包括總體網(wǎng)格的數(shù)量，端面網(wǎng)格種類及數(shù)量，邊界條件類型等。調(diào)整網(wǎng)格長度單位為cm操作：Grid→Scale…翻開對(duì)話框，進(jìn)行設(shè)置。在“ScaleGrid〞對(duì)話框里將長度單位選為cm；檢查網(wǎng)格操作：Grid→Check…FLUENT會(huì)對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行各種檢查并在信息反應(yīng)窗口〔屏幕〕顯示檢查過程和結(jié)果，其中要特別注意保持最小體積為正值。對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行光柵處理操作：Grid→Smooth/Swap…通過此項(xiàng)處理后可以有效提高網(wǎng)格質(zhì)量，提高計(jì)算精度。顯示網(wǎng)格操作：Display→Grid…翻開網(wǎng)格顯示對(duì)話框后，點(diǎn)擊Display，可得到各種區(qū)域網(wǎng)格圖。創(chuàng)立計(jì)算模型設(shè)置求解器操作：Define→Models→Solver…翻開“Solver〞設(shè)置對(duì)話框；Solver項(xiàng)選擇Segregated(非耦合求解法)；Formulation項(xiàng)選擇Implicit(隱式算法)；Space項(xiàng)選擇3D；Time項(xiàng)選擇Steady；其余參數(shù)保持默認(rèn)值不變，點(diǎn)擊OK確認(rèn)設(shè)置。設(shè)置多項(xiàng)流模型操作：Define→Models→Multiphase…翻開多項(xiàng)流模型對(duì)話框；選擇Eulerian模型，歐拉模型適合于多種多相流動(dòng)的數(shù)值模擬。在歐拉模型計(jì)算中，各種物相受到的背景壓強(qiáng)是一樣的，每種物相的動(dòng)量方程和連續(xù)性方程都是單獨(dú)求解，計(jì)算中可以針對(duì)每一種物相，或其混合物，采用K-epsilonModel進(jìn)行湍流計(jì)算，得到的計(jì)算結(jié)果較準(zhǔn)確。在Numberofphase項(xiàng)中選擇2，對(duì)氣液兩相進(jìn)行模擬，點(diǎn)擊OK確認(rèn)設(shè)置。設(shè)置能量方程操作：Define→Models→Energy…此模擬過程中不涉及傳熱問題，故能量方程處于未開啟狀態(tài)。設(shè)置湍流模型操作：Define→Models→Viscous…翻開“ViscousModel〞設(shè)置對(duì)話框；選擇k-epsilon[2equ]湍流模型；Model項(xiàng)選擇K-epsilon模型；K-epsilonModel項(xiàng)選擇RNG；RNGK-e模型適用于強(qiáng)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的湍流模擬；RNGOperations下的選項(xiàng)全部選中；Near-WallTreatment項(xiàng)選擇標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)；K-epsilonMultiphaseModel項(xiàng)選擇PerPhase；其余模型常數(shù)保持默認(rèn)，點(diǎn)擊OK確認(rèn)設(shè)置。第3步：相間設(shè)置設(shè)置流體的材料屬性操作：Define→Materials…翻開“Materials〞設(shè)置對(duì)話框；創(chuàng)立液相流體，取名oil，對(duì)新流體原油的材料屬性進(jìn)行設(shè)置；創(chuàng)立氣相流體，取名gas，對(duì)新流體天然氣材料屬性進(jìn)行設(shè)置；點(diǎn)擊Close，關(guān)閉“Materials〞設(shè)置對(duì)話框。設(shè)置連續(xù)相和分散相流體操作：Define→Phase…翻開“Phase〞設(shè)置對(duì)話框；設(shè)置第一相〔連續(xù)相〕為天然氣，第二相〔分散相〕為原油；點(diǎn)擊Close，關(guān)閉“Phase〞設(shè)置對(duì)話框。第4步：設(shè)置運(yùn)行環(huán)境操作：Define→OperatingConditions…翻開“OperatingConditions〞設(shè)置對(duì)話框；設(shè)置重力加速度方向?yàn)檠豘軸負(fù)向，大小為9.81；保持運(yùn)行壓力為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；選中SpecifiedOperatingDensity項(xiàng)；點(diǎn)擊OK確認(rèn)設(shè)置。第5步：設(shè)置邊界條件操作：Define→BoundaryCondition…翻開“BoundaryCondition〞設(shè)置對(duì)話框；設(shè)置入流口的邊界條件在Zone列表中選擇inlet；在Type類型中已經(jīng)選擇為velocity-inlet；點(diǎn)擊Set…按鈕；翻開設(shè)置對(duì)話框，分別完成對(duì)phase-1、phase-2速度入口邊界條件的設(shè)置，其中第二項(xiàng)需單獨(dú)設(shè)置體積分?jǐn)?shù)為0.2；點(diǎn)擊OK確認(rèn)設(shè)置。設(shè)置出流口邊界條件因出流口采用的是自由出流邊界條件，所以不用進(jìn)行任何設(shè)置。固壁邊界條件保持默認(rèn)值不變。至此邊界條件設(shè)置完畢，點(diǎn)擊Close，關(guān)閉“BoundaryCondition〞設(shè)置對(duì)話框。開始計(jì)算第1步：設(shè)置求解器參數(shù)操作：Solve→Controls→Solution…翻開求解控制面板；將Momentum、TurbulenceKineticEnergy、TurbulenceDissipationRate設(shè)置為二階精度類型，其余參數(shù)保持默認(rèn)設(shè)置。將上述三個(gè)方程改為二階精度可有效提高計(jì)算精度，對(duì)于梯度較大區(qū)域的計(jì)算更加準(zhǔn)確。第2步：求解初始化操作：Solve→Initialize→Initialize…翻開求解初始化設(shè)置對(duì)話框，對(duì)入口進(jìn)行初始化；點(diǎn)擊Init。第3步：設(shè)置監(jiān)視窗口操作：Solve→Monitors→…設(shè)置殘差曲線監(jiān)視器對(duì)迭代結(jié)果進(jìn)行監(jiān)視；在出口處設(shè)置監(jiān)視窗口對(duì)出口截面平均流速進(jìn)行監(jiān)視；在出口處設(shè)置監(jiān)視窗口對(duì)出口截面混合物平均壓力進(jìn)行監(jiān)視；分別點(diǎn)擊OK確認(rèn)設(shè)置。第4步：保存Case文件操作：File→Write→Case…確認(rèn)文件名后保存。第5步：求解計(jì)算操作：Solve→Iterate…翻開迭代計(jì)算設(shè)置對(duì)話框如下圖。在NumberofIterations項(xiàng)填入10000；點(diǎn)擊Iterate按鈕。FLUENT開始計(jì)算。第6步：保存計(jì)算結(jié)果File→Write→Date…確認(rèn)文件名后保存。3.5內(nèi)部流場(chǎng)的模擬結(jié)果分析在應(yīng)用FLUENT對(duì)螺旋管內(nèi)部兩相流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算后，可通過FLUENT提供的多種方式顯示計(jì)算結(jié)果。兩相體積分?jǐn)?shù)分布云圖通過對(duì)氣相和液相體積分?jǐn)?shù)分布云圖的觀察可直觀的得到螺旋管內(nèi)部流場(chǎng)的兩相分布情況。圖3-9螺旋管內(nèi)氣相體積分?jǐn)?shù)分布云圖圖3-10螺旋管內(nèi)液相體積分?jǐn)?shù)分布云圖如上圖所示，氣液兩相進(jìn)入螺旋管后，在離心力和重力的共同作用下，氣體向螺旋管內(nèi)上側(cè)聚集，液體向螺旋管外下側(cè)聚集。螺旋管內(nèi)側(cè)氣體體積分?jǐn)?shù)可以到達(dá)100%，并且內(nèi)壁氣體體積分?jǐn)?shù)分布很均勻，穩(wěn)定。螺旋管外壁液體的體積分?jǐn)?shù)隨螺旋的圈數(shù)增加，體積分?jǐn)?shù)逐漸增大，到第四圈螺旋，液體體積分?jǐn)?shù)可以到達(dá)99%以上，而且也呈均勻穩(wěn)定分布。螺旋管截面云圖通過對(duì)螺旋管在X，Y，Z方向上進(jìn)行截面剖切可以觀察到螺旋管內(nèi)部的流動(dòng)特征，對(duì)氣液的分布情形有更深層的了解。圖3-11螺旋管X=0處氣相體積分?jǐn)?shù)剖面圖圖3-12螺旋管Y=0處氣相體積分?jǐn)?shù)剖面圖由以上兩個(gè)螺旋管剖切圖可知，氣液兩相在螺旋管內(nèi)受重力，離心力作用下實(shí)現(xiàn)別離。但在上述模型中氣液進(jìn)口流速較大，相比于離心力別離作用，重力的別離作用不明顯，所以氣相分布在螺旋管內(nèi)側(cè)稍偏上位置，液相那么分布在螺旋管外側(cè)稍偏下位置，如果在螺旋管內(nèi)側(cè)稍偏上位置開孔即可排除大量氣體，隨螺旋圈數(shù)的增加液體體積分?jǐn)?shù)逐漸增大，經(jīng)過底圈的液體出口就可排除大量液體。實(shí)現(xiàn)氣液兩相的別離。圖3-13螺旋管內(nèi)部氣相體積分?jǐn)?shù)沿X、Y、Z向剖切云圖圖3-14螺旋管出口截面處的氣相體積分?jǐn)?shù)分布云圖由上圖可見，在出口截面處氣液兩相已經(jīng)根本實(shí)現(xiàn)了別離，氣液兩相呈層狀分布。由內(nèi)而外，氣相體積分?jǐn)?shù)逐漸減小，由外而內(nèi)，液相體積分?jǐn)?shù)逐漸增大。圖3-15出口截面處的氣相體積分?jǐn)?shù)X-Y坐標(biāo)圖螺旋管內(nèi)部流場(chǎng)速度矢量圖螺旋管內(nèi)部流動(dòng)屬氣液兩相強(qiáng)旋流動(dòng)。通過對(duì)速度矢量圖的觀察，驗(yàn)證了螺旋管內(nèi)部的強(qiáng)旋流動(dòng)，在這樣的流動(dòng)方式下氣液兩相可實(shí)現(xiàn)在離心力作用下的別離。具體流場(chǎng)流動(dòng)情況如下列圖所示。圖3-16螺旋管內(nèi)部氣相速度矢量圖螺旋管內(nèi)部混合壓力云圖在通過計(jì)算得到螺旋管內(nèi)部流場(chǎng)的參數(shù)分布情形之后，還要對(duì)螺旋管內(nèi)的混合物壓降有一個(gè)直觀的了解，以對(duì)混合物流過螺旋管的能量損失有個(gè)全面的了解?；旌衔锞唧w壓降如下列圖所示：圖3-17螺旋管內(nèi)部混合物壓力分布云圖3.5.5通過對(duì)上述結(jié)果的分析可知，在進(jìn)口流速為12m/s，氣相體積分?jǐn)?shù)為80%時(shí)，以原油和天然氣為介質(zhì)的混合流體可通過螺旋管有效的實(shí)現(xiàn)氣液別離。其中螺旋管內(nèi)壁氣體體積分?jǐn)?shù)可以到達(dá)100%，外壁液體體積分?jǐn)?shù)可以到達(dá)99%以上，螺旋管內(nèi)部氣液層狀分布，且分布情況穩(wěn)定，均勻。但在此進(jìn)口流速情況下，流體通過螺旋管的能量損失較大，并且較高的進(jìn)口流速使得螺旋管內(nèi)部流場(chǎng)變得更加復(fù)雜，某些位置出現(xiàn)了速度激增現(xiàn)象。所以對(duì)于流速應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以保證在最適宜的流速情況下，氣液的別離效果到達(dá)最好，并盡可能的較小能量損失。而且實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用說明對(duì)螺旋管的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行修改，如旋轉(zhuǎn)半徑，螺旋管高度，圈數(shù)等也可有效的提高螺旋別離局部的別離效率，降低能量損失?；谝陨显?，應(yīng)該對(duì)螺旋管復(fù)合氣液別離器的螺旋別離局部進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。第4章螺旋別離局部的優(yōu)化設(shè)計(jì)4.1優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的及意義通過上一章的FLUENT模擬計(jì)算，得到了一定條件下的螺旋別離局部的氣液別離效果。但也同時(shí)提出了新的問題，如何在盡可能小的能量損失的情況下獲得盡可能高的別離效率，這也就是對(duì)螺旋管復(fù)合氣液別離器進(jìn)行優(yōu)化的目的。本章從兩個(gè)方面對(duì)別離器進(jìn)行優(yōu)化：別離器最正確的運(yùn)行參數(shù)，別離器最正確的結(jié)構(gòu)尺寸。4.2螺旋別離局部運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化總體優(yōu)化思路此優(yōu)化過程包括對(duì)別離器最優(yōu)進(jìn)口流速的討論和別離器最正確別離氣液比的討論。提高氣液進(jìn)口流速可以有效的增加氣液的別離效果，無論在氣體體積分?jǐn)?shù)多大的情況下，適當(dāng)?shù)牧魉俣紩?huì)使內(nèi)壁的氣體體積分?jǐn)?shù)接近于1，外壁氣體體積分?jǐn)?shù)都會(huì)接近于0，也就是說提高流速可以使氣液進(jìn)行較完全的別離。但過高的流速會(huì)導(dǎo)致混合流體過高的能量損失，根據(jù)達(dá)西公式可知提高流速會(huì)增大混合流體在螺旋管局部的壓降損失，造成較高的別離本錢。這樣就必然涉及到最優(yōu)的進(jìn)口流速問題。一方面最優(yōu)的流速要保證氣液盡可能完全的別離開，即內(nèi)壁氣體的體積分?jǐn)?shù)盡可能的大，外壁氣體的體積分?jǐn)?shù)盡可能的小。另一方面又要考慮到能量損失，能量損失可以通過流過別離器的壓降來衡量，當(dāng)保持出口壓力恒定時(shí)，如果壓降損失較大，那么入口壓力必然增大，這就需要消耗更多的能量來提高進(jìn)口混合流體的壓力，減小能量損失就要盡可能的降低入口壓力。針對(duì)上述情況可以通過觀察計(jì)算螺旋管內(nèi)部的氣體體積分?jǐn)?shù)分布云圖，和等壓力分布云圖來選擇最優(yōu)的氣液進(jìn)口流速。別離效果可以通過氣體體積分?jǐn)?shù)在螺旋管內(nèi)的分布來評(píng)定，螺旋管內(nèi)壁氣體體積分?jǐn)?shù)越大，外壁氣體體積分?jǐn)?shù)越小，并且體積分?jǐn)?shù)分布越穩(wěn)定，越均勻，體積分?jǐn)?shù)越大的組分占據(jù)的分層厚度越大，那么別離效果越好。壓降損失可以通過對(duì)進(jìn)出口截面平均壓力的差值來評(píng)定。為了得到最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)，我進(jìn)行了3組體積分?jǐn)?shù)的FLUENT模擬計(jì)算。三組計(jì)算分別針對(duì)了高含氣率〔氣體體積分?jǐn)?shù)80％〕，中等含氣率〔氣體體積分?jǐn)?shù)50％〕，低含氣率〔氣體體積分?jǐn)?shù)30％〕情況進(jìn)行模擬。在每組模擬計(jì)算中，又分別設(shè)定了進(jìn)口流速為：2m/s，4m/s，8m/s，12m/s，16m/s作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)。這樣一方面通過比擬單組內(nèi)的5個(gè)模擬結(jié)果，能夠得到，特定含氣率情況下的最優(yōu)進(jìn)口流速。通過對(duì)整體3組模擬計(jì)算的結(jié)果比擬，可以得到相同流速下的，別離器的最優(yōu)運(yùn)行環(huán)境，即可以得到別離器可以別離的最正確含氣率。高含氣率〔80%〕模擬表4-1第一組入口流速出口平均流速壓力變化壓降氣體體積分?jǐn)?shù)2m/s1.57〔氣〕1.57〔液〕3729.56〔入〕73.96〔出〕3655.6帕〔表〕54%〔外〕97%〔內(nèi)〕圖4-1流速2m/s時(shí)表4-2第二組入口流速出口平均流速壓力變化壓降氣體體積分?jǐn)?shù)4m/s3.1〔氣〕3.1〔液〕11577.17〔入〕244.98〔出〕11332.1帕〔表〕49%〔外〕98%〔內(nèi)〕圖4-2流速4m/s時(shí)氣體體積分?jǐn)?shù)分布云圖表4-3第三組入口流速出口平均流速壓力變化壓降氣體體積分?jǐn)?shù)8m/s6.16〔氣〕6.04〔液〕19794.25〔入〕526.29〔出〕19267帕〔表〕19%〔外〕100%〔內(nèi)〕圖4-3流速8m表4-4第四組入口流速出口平均流速壓力變化壓降氣體體積分?jǐn)?shù)12m/s9.45〔氣〕9.13〔液〕115661.2〔入〕3154.89〔出〕112506帕〔表〕0.27%〔外〕100%〔內(nèi)〕圖4-4流速12m表4-5第五組入口流速出口平均流速壓力變化壓降氣體體積分?jǐn)?shù)16m/s12.15〔氣〕12.96〔液〕197878.6〔入〕2914.3〔出〕194964帕〔表〕0%〔外〕100%〔內(nèi)〕圖4-5流速16m由上述分析可知，在入口氣體體積分?jǐn)?shù)為0.8時(shí)，增加氣液混合流速可以有效的提高氣液的別離效果，但隨著流速的增大，壓降也逐漸增大，氣液速度損失也變得明顯，而且相間存在滑移現(xiàn)象，所以最合理的流速應(yīng)是8m/s。中等含氣率〔50%〕模擬表4-6第一組入口流速出口平均流速壓力變化壓降氣體體積分?jǐn)?shù)2m/s1.54〔氣〕1.54〔液〕8388.01〔入〕231.01〔出〕8157帕〔表〕31%〔外〕76%〔內(nèi)〕圖4-6流速2m/s時(shí)的氣體體積分?jǐn)?shù)分布云表4-7第二組入口流速出口平均流速壓力變化壓降氣體體積分?jǐn)?shù)4m/s3.07〔氣〕3.08〔液〕29183.44〔入〕749.70〔出〕28433.74帕〔表〕18%〔外〕91%〔內(nèi)〕圖4-7流速4m表4-8第三組入口流速出口平均流速壓力變化壓降氣體體積分?jǐn)?shù)8m/s6.17〔氣〕6.10〔液〕80800.16〔入〕2032.2〔出〕78767.96帕〔表〕6%〔外〕99%〔內(nèi)〕圖4-8流速8m表4-9第四組入口流速出口平均流速壓力變化壓降氣體體積分?jǐn)?shù)12m/s9.33〔氣〕9.14〔液〕141312.3(入)3498.35〔出〕137813.95帕〔表〕0.1%〔外〕100%〔內(nèi)〕圖4-9流速12m表4-10第五組入口流速出口平均流速壓力變化壓降氣體體積分?jǐn)?shù)16m/s12.49〔氣〕12.09〔液〕159536〔入〕3974.39〔出〕155561.61帕〔表〕0%〔外〕100%〔內(nèi)〕圖4-10流速16m當(dāng)氣體體積分?jǐn)?shù)到達(dá)0.5時(shí)，入口的氣液兩相含量相當(dāng)，氣液兩相別離較困難，此時(shí)需要選擇較高的流速，假設(shè)要在此情況下進(jìn)行氣液別離，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/s-16m/s較適合。4.2.4低含氣率〔30%入口流速出口平均流速壓力變化壓降〔帕〕氣體體積分?jǐn)?shù)2m/s1.55〔氣〕1.55〔液〕11057.4〔入〕328.4〔出〕107296.1%〔外〕87.5%〔內(nèi)〕4m/s3.1〔氣〕3.1〔液〕35199.58〔入〕1052.69〔出〕34146.893%〔外〕95%〔內(nèi)〕8m/s6.33〔氣〕6.12〔液〕90680.372〔入〕1957.6〔出〕88722.7720%〔外〕99%〔內(nèi)〕12m/s9.78〔氣〕9.0〔液〕170244.4〔入〕9657.4〔出〕1605870%〔外〕100%〔內(nèi)〕16m/s13.16〔氣〕12.06〔液〕279709.23〔入〕5032.34〔出〕274676.890%〔外〕100%〔內(nèi)〕表4-11入口含氣率30%時(shí)模擬計(jì)算結(jié)果圖4-11a2m/s時(shí)氣體體積分?jǐn)?shù)分布云圖圖4-11b4m/s時(shí)氣體體積分?jǐn)?shù)分布云圖圖4-11c8m/s時(shí)氣體體積分?jǐn)?shù)分布云圖圖4-11d12m/s時(shí)氣體體積分?jǐn)?shù)分布云圖圖4-11e16m/s時(shí)氣體體積分?jǐn)?shù)分布云圖通過對(duì)以上3項(xiàng)操作環(huán)境，15種運(yùn)行工況的數(shù)值模擬?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論：提高氣液的進(jìn)口流速可以有效的提高氣液的別離效果，但同時(shí)也會(huì)造成能量損失的增大。在較高含氣量的情況下，進(jìn)口流速可以選擇小一些，較小流速下內(nèi)壁氣體體積分?jǐn)?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在中等含氣率情況下，進(jìn)口流速需要選擇大一些，以促進(jìn)內(nèi)壁的氣體會(huì)聚。這樣氣液兩相可以較徹底的別離。在低含氣率的情況下，氣液進(jìn)口流速可以和高含氣率情況下相當(dāng)，在這種情況下可以得到更的氣液別離效果，8m/s時(shí)即可得到較理想的氣液別離效果，進(jìn)一步提高氣液入口流速對(duì)別離效果的提高意義不大，但是會(huì)帶來巨大的壓降損失。在相同流速的情況下，低含氣率的運(yùn)行環(huán)境得到的別離效率最高，別離效果最明顯，所以螺旋管復(fù)合氣液別離器最適宜應(yīng)用在低含氣率情況下，或作為二次別離工具進(jìn)行氣液別離。同時(shí)在相同流速的情況下，隨含氣率的減小，別離消耗的壓降也逐漸增大。流速的大小可以由別離器的處理量，別離器的螺旋管半徑來調(diào)整。4.3螺旋別離局部結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化總體優(yōu)化思路通過上一局部的討論，已經(jīng)知道改變別離器的運(yùn)行參數(shù)可以有效的提高氣液的別離效果，并且存在最正確的運(yùn)行參數(shù)以在盡可能小的能量損失的情況下獲得最優(yōu)的別離效果。本節(jié)將會(huì)對(duì)別離器的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行討論，對(duì)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(jìn)行數(shù)值模擬對(duì)照試驗(yàn)。從而得到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)尺寸。對(duì)螺旋管旋轉(zhuǎn)半徑的優(yōu)化理論說明改變螺旋管的旋轉(zhuǎn)半徑，會(huì)提高氣液的離心力，小的旋轉(zhuǎn)半徑可以有效增加氣液的別離效果，但是過小的旋轉(zhuǎn)半徑會(huì)減小氣液在螺旋管中的別離時(shí)間，對(duì)氣液別離起到相反的作用，所以理論上存在最正確的旋轉(zhuǎn)半徑。在入口氣體體積分?jǐn)?shù)0.8，入口氣液兩相流速均為8m/s時(shí)，在保持螺旋管其余結(jié)構(gòu)尺寸不變的情況下對(duì)別離器的旋轉(zhuǎn)半徑設(shè)置了3組對(duì)照模擬試驗(yàn)。表4-12第一組旋轉(zhuǎn)半徑進(jìn)口流速壓降損失氣體體積分?jǐn)?shù)400mm8m/s46987.1帕35%〔外〕99%〔內(nèi)〕圖4-12旋轉(zhuǎn)半徑為400mm時(shí)氣體體積分?jǐn)?shù)分布云圖表4-13第二組旋轉(zhuǎn)半徑進(jìn)口流速壓降損失氣體體積分?jǐn)?shù)200mm8m/s19267.96帕19%〔外〕100%〔內(nèi)〕圖4-13旋轉(zhuǎn)半徑為200mm時(shí)的氣體體積分?jǐn)?shù)云圖表4-14第三組旋轉(zhuǎn)半徑進(jìn)口流速壓降損失氣體體積分?jǐn)?shù)100mm8m/s55652.555帕0%〔外〕100%〔內(nèi)〕圖4-14旋轉(zhuǎn)半徑為100mm通過對(duì)上述三組模擬對(duì)照試驗(yàn)可知，減小螺旋管的旋轉(zhuǎn)半徑可以有效的提高氣液的別離效果，但減小旋轉(zhuǎn)半徑也會(huì)使氣液在螺旋管中的停留時(shí)間減小，壓降損失增大。綜合考慮旋轉(zhuǎn)半徑在150—200mm時(shí)氣液的別離效果最好，而且壓降損失也無明顯增大。4.3.3改變螺旋管的高度同樣可以影響氣液的別離效果，在不改變螺旋管其余結(jié)構(gòu)尺寸的情況下對(duì)螺旋管的高度進(jìn)行了3組對(duì)照模擬試驗(yàn)，以得到螺旋管的最正確螺旋高度。入口流速仍舊選擇8m/s，入口氣體體積分?jǐn)?shù)為0.8。表4-15第一組螺旋高度進(jìn)口流速壓降損失氣體體積分?jǐn)?shù)400mm8m/s3154.826帕0%〔外〕100%〔內(nèi)〕圖4-15aX=0截面處氣體體積分?jǐn)?shù)剖面云圖圖4-15b氣體體積分?jǐn)?shù)分布云圖表4-16第二組螺旋高度進(jìn)口流速壓降損失氣體體積分?jǐn)?shù)600mm8m/s19267.96帕19%〔外〕100%〔內(nèi)〕圖4-16aX=0截面處氣體體積分?jǐn)?shù)剖面云圖圖4-16b氣體體積分?jǐn)?shù)分布云圖表4-17第三組螺旋高度進(jìn)口流速壓降損失氣體體積分?jǐn)?shù)1000mm8m/s36345.2帕30%〔外〕99%〔內(nèi)〕通過對(duì)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可提高氣液的別離效果，并且也會(huì)減小壓降損失。4.3.4對(duì)于螺旋管的管徑選擇，要結(jié)合別離器的處理流量進(jìn)行選取。螺旋管管徑的選擇主要會(huì)影響到氣液的進(jìn)口流速，由于對(duì)進(jìn)口流速的選擇在上一局部已經(jīng)做了全面的討論，所以此局部不在贅述。螺旋管開孔的優(yōu)化通過對(duì)上述模擬試驗(yàn)的結(jié)果分析可知，在螺旋管的內(nèi)壁處會(huì)聚大量的氣體，在適當(dāng)?shù)牧魉傧聝?nèi)壁的氣體體積分?jǐn)?shù)可到達(dá)100%，所以在內(nèi)壁開孔排氣是正確的選擇。對(duì)于內(nèi)壁的開孔數(shù)量、開孔位置、開孔孔徑的選擇也會(huì)影響到氣液的別離效果和對(duì)氣體的收集過程。在實(shí)際產(chǎn)出液中油氣混合并不充分，在開始進(jìn)入螺旋管時(shí)存在段塞流，所以在設(shè)計(jì)時(shí)將前兩圈設(shè)計(jì)為無孔螺旋管，以便保持流體進(jìn)入螺旋管后的流速和足夠的加速度