本文關(guān)鍵詞：基于熵產(chǎn)理論的水力旋流器優(yōu)化，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：水力旋流器由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件等優(yōu)點(diǎn)廣泛用于石油石化企業(yè)。目前對(duì)水力旋流器的研究主要集中在尺寸因素和非尺寸因素對(duì)水力旋流器的分離效率和能耗的影響分析上,對(duì)能耗主要用壓力降來(lái)評(píng)價(jià),而對(duì)其能耗的分布情況及組成研究很少。熵產(chǎn)分析法可以通過(guò)計(jì)算熵產(chǎn)的值,得到不可逆現(xiàn)象產(chǎn)生能量損失的分布情況。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)改變操作參數(shù)或設(shè)計(jì)參數(shù),將熵產(chǎn)最小化,從而實(shí)現(xiàn)減小不可逆損失或優(yōu)化不可逆損失分布的目的。利用計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬軟件Fluent,采用Mixture多相流模型和RSM模型數(shù)值模擬并研究了國(guó)內(nèi)外被廣泛研究的Martin-Thew雙錐型水力旋流器內(nèi)部的流場(chǎng)、分離效率及熵產(chǎn)等。通過(guò)數(shù)值模擬得到了旋流器軸截面的壓力、密度云圖及圓柱段、大錐段和小錐段和尾管不同橫截面過(guò)軸心線上的三向速度分布圖,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果吻合較好,表明數(shù)值模擬的方法可行,結(jié)果真實(shí)可靠。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步數(shù)值模擬得到了水力旋流器的單位體積的熵產(chǎn)率分布云圖,分析了熵產(chǎn)的分布規(guī)律及熵產(chǎn)其中分布的主要區(qū)域。模擬結(jié)果表明熵產(chǎn)主要集中在溢流口以及大小錐段過(guò)渡段。為了研究水力旋流器的圓柱段長(zhǎng)度、大錐段長(zhǎng)度及小錐段長(zhǎng)度對(duì)水力旋流器的分離效率和熵產(chǎn)的影響,分別模擬了10%,15%和20%三種含油濃度下的5個(gè)圓柱段長(zhǎng)度、10個(gè)大錐段長(zhǎng)度、10個(gè)小錐段長(zhǎng)度以及10%含油濃度下5個(gè)溢流口直徑共計(jì)80組模型的水力旋流器的熵產(chǎn)和分離效率,研究了不同的水力旋流器的尺寸對(duì)分離效率和熵產(chǎn)的影響規(guī)律。模擬結(jié)果表明,圓柱段長(zhǎng)度對(duì)熵產(chǎn)及分離效率的影響都不大;大小錐段長(zhǎng)度對(duì)揣流熵產(chǎn)、黏性熵產(chǎn)及總熵產(chǎn)的影響規(guī)律相同,且隨著大小錐段長(zhǎng)度的增加,旋流器額各種熵產(chǎn)先減小后增加;溢流口直徑小于5mm時(shí),熵產(chǎn)及分離效率隨溢流口直徑的增大變化不大,溢流口直徑大于5mm時(shí),分離效率和總熵產(chǎn)均有明顯的下降;增加含油分率,分離效率減小,熵產(chǎn)的變化規(guī)律不明顯。以保證水力旋流器分離效率并盡可能減小熵產(chǎn),針對(duì)數(shù)值模擬過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的熵產(chǎn)較大的區(qū)域進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化,確定了水力旋流器的優(yōu)化方案并進(jìn)行了數(shù)值模擬,模擬結(jié)果表明優(yōu)化后的模型的各種熵產(chǎn)均較原模型的各對(duì)應(yīng)熵產(chǎn)均有減少,其中總熵產(chǎn)減小了48.91%,分離效率幾乎不變化。在優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上,再次針對(duì)熵產(chǎn)較大的區(qū)域進(jìn)行了原因分析并進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化,對(duì)優(yōu)化后的模型的進(jìn)行數(shù)值模擬分析表明,較原模型,總熵產(chǎn)減小了57.35%,并維持了較高的分離效率,優(yōu)化效果明顯。上述研究結(jié)果將為旋流器的優(yōu)化設(shè)計(jì)及后期進(jìn)一步研究提供參考,具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：水力旋流器 熵產(chǎn) 流場(chǎng) 數(shù)值模擬 優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE967
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 課題研究的背景及目的意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 水力旋流器流場(chǎng)分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 熵產(chǎn)分析方法國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 課題的主要研究?jī)?nèi)容14-16
• 第二章 水力旋流器的基本原理16-31
• 2.1 水力旋流器的基本知識(shí)16-17
• 2.1.1 水力旋流器的結(jié)構(gòu)16
• 2.1.2 液-液水力旋流器的工作原理16-17
• 2.2 水力旋流器的特性參數(shù)17-19
• 2.2.1 處理量17
• 2.2.2 分離效率17-18
• 2.2.3 分流比18
• 2.2.4 壓力降18-19
• 2.3 水力旋流器動(dòng)力學(xué)分析19-27
• 2.3.1 水力旋流器中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)特性分析19-21
• 2.3.2 油滴受力分析21-23
• 2.3.3 水力旋流器的流場(chǎng)特性分析23-27
• 2.4 水力旋流器內(nèi)流體流動(dòng)基本控制方程27-29
• 2.4.1 連續(xù)性方程27-28
• 2.4.2 N-S方程28-29
• 2.5 熵產(chǎn)分析法29-30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第三章 水力旋流器的數(shù)值模擬31-46
• 3.1 模擬軟件簡(jiǎn)介31
• 3.2 幾何模型的尺寸和建模31-33
• 3.2.1 幾何模型的尺寸的確定31-32
• 3.2.2 建模32-33
• 3.3 計(jì)算區(qū)域離散33-37
• 3.3.1 網(wǎng)格生成33-34
• 3.3.2 檢查網(wǎng)格質(zhì)量34-37
• 3.4 多相流模型確定37
• 3.5 湍流模型確定37-39
• 3.6 參數(shù)設(shè)置和邊界條件的確定39-40
• 3.6.1 流體參數(shù)設(shè)置39-40
• 3.6.2 邊界條件40
• 3.7 FLUENT求解器離散格式設(shè)置40-43
• 3.7.1 壓力速度耦合算法確定41
• 3.7.2 梯度插值41-42
• 3.7.3 壓力插值42
• 3.7.4 動(dòng)量插值42-43
• 3.8 近壁面處理43-44
• 3.9 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性檢驗(yàn)44-45
• 3.10 本章小結(jié)45-46
• 第四章 數(shù)值模擬結(jié)果分析及熵產(chǎn)分析46-57
• 4.1 數(shù)值模擬結(jié)果分析46-53
• 4.1.1 壓力分布46
• 4.1.2 密度分布46-49
• 4.1.3 速度分布49-53
• 4.2 熵產(chǎn)分析53-55
• 4.3 本章小結(jié)55-57
• 第五章 尺寸對(duì)水力旋流器熵產(chǎn)的影響57-65
• 5.1 圓柱段長(zhǎng)度對(duì)水力旋流器熵產(chǎn)及分離效率的影響57-59
• 5.1.1 圓柱段長(zhǎng)度對(duì)熵產(chǎn)的影響58
• 5.1.2 圓柱段長(zhǎng)度對(duì)分離效率的影響58-59
• 5.2 大錐段尺寸對(duì)水力旋流器熵產(chǎn)的影響59-60
• 5.2.1 大錐段尺寸對(duì)熵產(chǎn)的影響59-60
• 5.2.2 大錐段尺寸對(duì)分離效率的影響60
• 5.3 小錐段尺寸對(duì)水力旋流器熵產(chǎn)的影響60-62
• 5.3.1 小錐段尺寸對(duì)熵產(chǎn)的影響61-62
• 5.3.2 小錐段尺寸對(duì)分離效率的影響62
• 5.4 溢流口直徑對(duì)水力旋流器熵產(chǎn)的影響62-63
• 5.4.1 溢流口直徑對(duì)熵產(chǎn)的影響62-63
• 5.4.2 溢流口直徑對(duì)分離效率的影響63
• 5.5 本章小結(jié)63-65
• 第六章 水力旋流器的優(yōu)化65-70
• 6.1 優(yōu)化方案的確定65-66
• 6.2 優(yōu)化結(jié)果66-67
• 6.3 對(duì)優(yōu)化的改進(jìn)67-68
• 6.4 本章小結(jié)68-70
• 第七章 結(jié)論70-72
• 致謝72-73
• 參考文獻(xiàn)73-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文76

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5 孟祥巖;白雪峰;;液液水力旋流器壓力場(chǎng)分布測(cè)試研究[J];新疆石油天然氣;2006年01期

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2 高源;張先達(dá);李樹(shù)君;孫

本文編號(hào)：417265