摘要：为了分析离散相油滴在水力聚结器内的运移轨迹以及聚结器流场特性对油滴聚结的影响,采用PBM-DPM耦合数值模拟方法获得了聚结器内速度场及油相体积分数的分布规律,掌握了聚结器旋流腔为油滴碰撞聚结的主要发生区域,但在螺旋流道及聚结内芯的近壁区域受较大时均速度梯度影响油滴出现明显的破碎现象。数值模拟结果表明:聚结器内部流场呈外部为准自由涡、内部为强制涡的复合涡旋流场特性,且沿内涡区流出的油滴较外涡区运动的油滴在聚结器内的停留时间更长,时间差值约为0.029 s;内涡区含油体积分数较高,增大了油滴间的碰撞概率,因此内涡区的油滴粒径较大,同时也受到更高的流场阻力,致使在油滴运动过程中速度衰减明显高于外涡区油滴。针对水力聚结器试验样机开展了聚结性能试验,对比了聚结器出口及入口的粒度分布,得出试验工况下聚结器可将入口处平均粒径为92μm的油滴增大到298μm。研究结果可为进一步揭示旋流聚结机理及设计出通过多场耦合作用来提高油水分离性能的新型设备与方法提供思路。

摘要：为了增强水力旋流器对小粒径油滴的分离性能,基于旋流分离原理提出一种可通过增大油滴间碰撞机率使小油滴碰撞聚结的水力聚结器结构。借助正交试验方法对水力聚结器的主要结构参数进行优化设计,利用Euler-Euler模型与群体平衡模型(Population Balance Model,PBM)相结合的方法,开展水力聚结器结构参数对油滴分布特性及聚结性能的影响研究,得出聚结器内油滴粒度分布聚结性能受结构参数变化的影响规律,并获得了最佳的结构参数配比。结果表明:水力聚结器对油水混合液中的油滴呈现出了较好的聚结效果,聚结器的聚结内芯底径D3、锥段长度L4、出口管长度L5均会对聚结器内油滴粒径分布产生影响,且各参数对聚结性能影响显著性由高到低为D_(3)>L_(4)>L_(5)。优化得出最佳结构参数配比方案为C3A2B2(L_(4)=600 mm、L5=100 mm、D3=10 mm),最佳结构参数条件下混合液中油滴粒度分布在25~55μm时,经水力聚结器聚结后油滴粒度分布均值增加到524.7μm,较初始结构聚结后的平均粒径增加了48.56%。

摘要：针对油水分离中小粒径油滴难以分离的情况,设计了一种水力聚结器,借助析因筛选设计及响应曲面优化设计,结合有限体积法,并以综合考虑油滴粒径尺寸、体积占比及平均粒径等多因素提出的一种聚结效率计算方法作为评判指标,对其进行结构参数显著性分析及结构优化设计。以优化前、后的水力聚结器为模型,在相同工况下开展聚结性能模拟测试。测试结果表明,显著性较高的参数依次为锥段长度L2、尾管长度L3以及内心底径d,根据得到的结构参数与聚结效率间的最优回归方程,确定出最佳结构参数值,即锥段长度为678.63 mm,尾管长度为99.89 mm,内心底径为10 mm。优化后的聚结器出口处平均粒径由524.7μm增加至550.9μm,聚结效率由14.26%提高至14.55%,聚结性能得到明显提升,验证了优化结果的准确性及可行性。研究结果可为旋流分离设备设计提供参考。