【摘要】：工業(yè)含油污水中含油相介質(zhì)在自然界中很難降解,旋流分離器以其簡單的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、低廉的分離成本、高效的分離效率在含油污水處理方面占有絕對的優(yōu)勢。含油污水中分散油油珠粒徑在10~100μm,以微小油珠懸浮于污水中,這一粒徑的油珠是旋流分離器分離介質(zhì)條件,經(jīng)油水旋流分離器處理后,能夠完成95%以上的分離效率,可以滿足處理標準要求。油水旋流分離器內(nèi)部流體屬于湍流流動狀態(tài),分離性能的影響因素主要有處理量、分流比和增壓方式等。國內(nèi)外學者對于分離性能影響因素的研究是假定旋流分離器處于靜態(tài)條件下,未見振動條件下旋流分離器分離效率的研究成果。若旋流分離器處于振動條件下工作,旋流分離器形成動力響應,內(nèi)部流場在原有復雜三維湍流流動基礎(chǔ)上,加入振動激勵,流場結(jié)構(gòu)將發(fā)生改變,分離效率也將隨之改變。因此,深入開展振動條件下的旋流分離器流場特性研究,建立可靠的流固耦合數(shù)值模型,不僅可以對不同振動頻率和振動幅值下的流場結(jié)構(gòu)和分離效率進行預測,還可對造成該振動的設備選型提供理論依據(jù),并對旋流分離器內(nèi)旋流的生成機理研究和整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計提供理論指導,具有重要的理論價值與工程意義。本文針對簡諧振動條件下油水兩相旋流分離器的流場特性進行研究,分析了造成旋流分離器振動的影響因素,簡化了設備間振動傳遞形式,確定旋流分離器主要振動來源為連接設備的周期運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的簡諧激勵力。通過理論分析,建立旋流分離器和部分連接管柱的有限元模型,通過模態(tài)分析和瞬態(tài)動力學分析,確定旋流分離器的振動頻率和振動幅值,將其作為位移激勵條件為后續(xù)研究振動模式下流場特性提供技術(shù)參數(shù)。螺旋流道-內(nèi)錐型旋流分離器為研究對象,與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比,該結(jié)構(gòu)增加入口螺旋流道導向設計和底部內(nèi)錐設計,能夠提高分離效率,縮短旋流分離器的長度,降低對安裝空間的要求。本論文建立了簡諧振動條件下旋流分離器流固耦合數(shù)值模型。對于流體域采用有限體積法,運用雷諾平均法,以各向異性為前提,使用雷諾應力模型實現(xiàn)湍流模型的建立;對控制方程離散后,確定流體域的計算方法;對于旋流分離器結(jié)構(gòu)域,采用有限單元法進行模擬,建立結(jié)構(gòu)域的數(shù)值模型和計算方法。流體域和結(jié)構(gòu)域的流固耦合問題,采用拉格朗日歐拉描述,對耦合界面的網(wǎng)格匹配、物理量的傳遞和耦合界面的求解方法進行分析,建立了簡諧振動條件下旋流分離器結(jié)構(gòu)與流體的耦合瞬態(tài)動力學模型,并對不同激勵條件進行數(shù)值模擬,獲得了對應的軸向速度、徑向速度、零速包絡面、湍動能和切向速度,較全面地描述了簡諧振動情況下旋流分離器的耦合流場特性。為驗證簡諧振動條件下旋流分離器內(nèi)部流場流固耦合模型的正確性,建立了一套適用于周期變化研究的PIV流場測試平臺,通過對無激勵條件下和簡諧振動條件下旋流分離器內(nèi)部流場的測試研究,揭示了旋流分離器內(nèi)不同區(qū)域在不同頻率和不同振幅條件下的流場結(jié)構(gòu),獲得了中軸面速度矢量場、軸向速度、徑向速度、零速包絡面、湍動能和渦量,并將PIV測試結(jié)果與上述流固耦合數(shù)值模型的模擬結(jié)果相對比,以驗證模擬結(jié)果的準確性。為進一步驗證簡諧振動條件下旋流分離器流固耦合模型的正確性,進行了旋流分離器分離效率的室內(nèi)試驗研究。對不同激勵下的旋流分離器分離效率進行測試,將測試結(jié)果與模擬結(jié)果對比,發(fā)現(xiàn)兩者的一致性良好。應用流固耦合數(shù)學模型的模擬和試驗結(jié)果,分析了簡諧振動條件下螺旋流道-內(nèi)錐型旋流分離器的振動響應規(guī)律,即振動頻率和振幅對螺旋流道-內(nèi)錐型旋流分離器的分離效率存在影響。隨著振幅的增加,分離效率降低;在振幅保持不變的情況下,分離效率隨著頻率的增加,呈波形變化后直線下降的趨勢。在低頻(2~6 Hz)低振幅(1 mm)時,旋流分離器模擬分離效率和室內(nèi)試驗分離效率均高于靜止狀態(tài),說明在一定頻率激勵下,振動能夠促進螺旋流道內(nèi)錐型旋流分離器的油水分離。 【學位授予單位】：東北石油大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X703

【圖文】：

圖 1.1 雙錐型水力旋流器結(jié)構(gòu)及工作原理ig.1.1 Structure and working principle diagram of a double cone Hydrocyclone多科研單位和團隊對水力旋流器的分離機理和試驗技術(shù)的研究十器的應用方面有了突破性進展。東北石油大學、華東理工大學、油大學等高校的科研人員相繼開展了油水分離領(lǐng)域的水力旋流器過一系列的理論研究與試驗分析，在本體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與分離性能優(yōu)成果。Boyson F、金向紅、周先桃、蔣明虎、趙立新等在旋流分離器的廣泛的研究[12-17]；Peachey、Zhao Lixin、袁惠新、蔣明虎等在旋分離效率等方面做了大量的工作[18-21]。蔣明虎、趙立新、劉曉敏等通過試驗方式對旋流分離器進行了數(shù)據(jù)分析[22-27]。其中，，大部礎(chǔ)對旋流分離器進行的研究。旋流分離器油氣分離模型，在多聯(lián)機系統(tǒng)內(nèi)研究了入口直徑、柱速度分布和壓力損失的影響，以及內(nèi)管長度對油滴軌跡的影響，度分布、油氣分離器內(nèi)分離效率和壓力損失影響[28-29]。Wang 建流動的數(shù)值模型，得到了氣相流場中壓力、切向速度和軸向速度

第一章 緒論其他因素穩(wěn)定性方面的因素，如旋流分離器安裝不穩(wěn)定因素，與旋流分離器傳遞給旋流分離器造成的振動響應等。水旋流分離器的流場測試方法和分離效率試驗的流動具有不穩(wěn)定性，其流動情況可根據(jù)雷諾數(shù)的大小分為層流和部流場的研究方法主要包括計算流體動力學（Computational Fluid D值模擬和試驗測試。前者只需根據(jù)流體的物性選擇合適的數(shù)值模型機即可進行模擬，該方法具有節(jié)約時間及成本等優(yōu)點，但是由于數(shù)過程中存在諸多理想化的設置，導致其結(jié)果具有一定的誤差。而試實際操作過程中比較復雜，且其成本較高，但是試驗測試能較為準動特性和流場分布情況。在諸多的流體試驗測試方法中，大致可以圖 1.2 所示。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2712041