摘要：A novel hydrocyclone with guide vanes, named as axial hydrocyclone(AHC), is designed to tackle the problem of oil–water separation faced by most mature oilfields. Optimal design of the AHC is carried out by using numerical methods. The effects of guide vanes, cone angle, tapered angle and overflow pipe on the oil–water separation are discussed in this paper. The results show that a double swirling flow is generated in the tapered section where oil–water separation occurs. Both the cylindrical and the tapered section have important influences on AHC performance. On the basis of single factor results, response surface methodology is employed to optimize the AHC design. The experimental results indicate that the novel AHC has an excellent performance for the oil–water separation.

摘要：通过采用中空环形内筒和锥台状碟片束浅层沉降强化理念,提出了一种新型立式气旋浮设备的结构设计方案,并开展了工艺设计研究。为确保实现预期工作性能,重点对锥台状碟片束浅层沉降强化气旋浮二次分离的作用机理和结构参数优选开展数值模拟研究。采用响应曲面法对新型立式气旋浮设备开展了四因素三水平的初步结构优化设计研究。结果表明:在相同模拟边界条件下,常规内筒内旋式气旋浮罐内部增设消旋和锥台状碟片束结构后,可使整体除油率提升45.22百分点;随着锥台状碟片个数的增加,除油率呈现先急剧上升后缓慢上升的趋势;随着碟片径向或轴向间距的增大,除油率呈现先升高后下降的趋势。基于优化后结构参数组合的除油率较优化前提升了9.77百分点;在不同进水含油浓度和分流比下,优化后结构的除油率变化范围控制在6百分点以内,表明其对水质波动具有较好的适应能力。

摘要：稀释水掺混是油田或炼油厂原油电脱盐系统的关键环节,直接影响电脱盐的效率和运行能耗。为进一步简化设备结构、助力系统降本增效,提出将薄板式静态混合器应用于稀释水掺混环节。在对薄板式静态混合器进行初步结构设计的基础上,对油水混合情况进行计算流体动力学(CFD)三维数值模拟,以离析强度的平方根(IOS^(0.5))、管路压降(Δp)等作为评价指标,考察了注水管长度、注水管-弯曲薄板间距、弯曲薄板导向位置、弯曲薄板厚度四个结构参数对油水两相混合程度及运行能耗的影响。以混合管路内径D为基准参照,借助响应曲面法(RSM)对关键结构参数进行优化,并对最优结构参数组合下的混合性能进行预测。优化所得最优结构参数组合为注水管长度为1/3D、注水管-弯曲薄板间距为4/25D、弯曲薄板导向位置为1/8π、弯曲薄板厚度为1/25D,结构优化后的IOS^(0.5)相比优化前降低了43.06%。定性分析薄板式混合器内的水相速度云图和流线图可知,当注水比为2%时,油水两相在注水管下游3D处即可达到均匀混合状态,可见薄板式静态混合器能够在小注水比下快速实现油水均匀混合。

摘要：针对管式电场破乳设备中常用的环形电极结构,在采用理论分析、微观观测实验验证计算流体动力学(CFD)数值模型准确性的基础上,开展了非均匀电场中水颗粒介电泳运动特性的数值模拟研究,考察了电场参数、水颗粒尺寸参数、物性参数等对其运动的影响规律。结果表明,随着施加电压占空比的增大,水颗粒瞬时速度波动幅度先增大后减小,在占空比为50%时波动幅度最大,总体呈现波动式增大;随着电场频率增加,水颗粒平均速度呈现先上升后下降的趋势,在电场频率为1000 Hz时水颗粒平均速度达到峰值,但总体来看电场频率对水颗粒平均速度的影响不大。水颗粒与环形电极中心距离减小时,水颗粒所处位置的电场强度和电场梯度增加,造成水颗粒平均速度迅速增大;水颗粒直径为0.3~1.0 mm时,随着水颗粒直径增大,介电泳力与阻力同时增大,但介电泳力作用更强,导致水颗粒平均速度增大。随着油相黏度增大,水颗粒速度快速减小,当油相黏度增大到大于50 mPa·s后趋于平缓。在介电泳力作用下,水颗粒向环形电极中心运动,促进了偶极聚结。该研究结果可为管式电场破乳设备的设计研制和优化提供理论依据。

摘要：设计了一种旋流式微气泡发生器,由环形注气机构和新型气泡破碎机构两部分组成,前者采用中心圆环＋微孔板结构,后者由静止起旋元件和文丘里管组成,采用ANSYS FLUENT软件对新型气泡破碎机构的流道进行数值模拟,并与常规文丘里流道对比.结果表明,新型气泡破碎机构流道内的水流速度、径向速度梯度、湍动能和湍能耗散率均大于常规文丘里流道,常规文丘里流道出口处产生的微气泡直径为新型气泡破碎机构的2倍.采用响应曲面法优化静止起旋元件结构,优化后的叶片出口角度为35？,中心圆柱体直径为12.3 mm,叶片长度为10 mm,优化后的气泡破碎机构产生的微气泡直径为优化前的75%.

摘要：采用CFD模拟和BP神经网络结合的方法,对BIPTCFU-III型气旋浮装置主体设备气旋浮罐的入口管径、环形缝隙宽度、高径比和稳流筒直径等主要结构参数进行了优化,研究了结构参数对分离效率的影响.结果表明,优化后气旋浮罐分离效率从81.07%提升至92.82%,预测值与模拟值的偏差仅为1.15%;增大稳流筒直径、提高高径比、增大入口管径和减小环形缝隙宽度有利于强化油水两相的运移和分离过程,提高分离效率.

摘要：在三相分离器前进行预分水是确保老油田采出液含水体积分数持续增加现状下,油气集输系统稳定的最经济措施。围绕快速、多分水的目标,采用室内试验和数值模拟相结合的方法,分析入口含水体积分数对预分水用管式离心机分离性能的影响规律,确定其极限水出口分流比;探讨管式离心机在极限水出口分流比工况下,分离性能崩溃点随操作参数变化的分布规律,进而确定该工况下转速和流量的最佳匹配关系。研究结果表明:随入口含水体积分数的增加,管式离心机水出口含油质量浓度缓慢降低,分水率逐渐增加;当入口含水体积分数为80%时,极限水出口分流比为70%(此时分水率为88%);影响水出口分流比增加的关键原因为油水界面随水出口分流比的增加而不断向水出口方向移动,进而导致水出口含油质量浓度持续上升;基于熵权-Topsis算法计算设计处理量下的经济转速为600 r/min。研究结果可为采出液预分水用管式离心机的优化和性能改进提供指导。

摘要：管式旋流气液分离器因具有分离效率高、结构紧凑等优点而受到广泛关注,但能否适应入口气含率大范围变化是制约其实用性的关键。本工作考察了能够适应气含率大范围变化的管式旋流气液分离器,采用计算流体力学(CFD),结合空气-水介质体系下的实验测试,对其流场特性和分离性能进行研究。CFD数值模拟结果显示,入口气含率在10%~90%范围内变化时,气相分离效率均大于80%且变化幅值小于9.9%,液相分离效率均大于97%且变化幅值小于2.2%。实验测试结果显示,入口气含率在9.4%~89.2%范围内变化时,随入口气含率增加,气相出口的含液率逐渐减小而液相出口的气含率逐渐增加,气相出口的含液率均小于4%,除液体流量为12 m^(3)/h的工况外,其他工况下液相出口气含率始终小于10%。对比不同液体流量下的气相分离效率和液相分离效率,液体流量为8 m^(3)/h时分离性能最佳。CFD数值模拟结果与实验测试结果略有差异,但整体变化趋势一致,可作为结构放大设计的有效手段。研究结果表明,管式旋流气液分离器整体采用“强旋流+弱旋流+重力”的作用形式,具有较高的分离效率和良好的抗工况波动性能。

摘要：基于拉格朗日方法建立了耦合流体流动、紫外光强辐射与粒子辐射剂量的数值计算模型。利用该模型对工业尺寸的紫外消毒设备进行了模拟计算,获得了消毒设备内的场量信息;展示了利用CFD模拟优化设计紫外消毒反应器的方法;讨论了设置挡板和改变灯管布置2种方式对粒子辐射剂量的影响,计算结果表明,调整辐射场对紫外消毒设备性能的改善程度明显高于改变流动状态。

摘要：描述基于膜分离的加油站第二阶段排放控制系统的流程设计,着重分析德国GKSS研究中心膜分离的设计历程和设计思路.在此基础上,介绍美国Gilbarco公司和Arid Tech-nologies公司对膜分离控制系统的完善思路,以期对国内加油站膜分离油气回收流程有借鉴作用,对其他的气体膜分离处理流程的优化有启迪作用.