离心式气液分离器内流场的数值模拟及结构优化.pdf

90 　　　　　　　　化 　工 　机 　械 　　　　　　　　　　　　　　　　2007年 离心式气液分离器内流场的数值模拟与结构优化 赵立新 　朱宝军 　　　　　　　　　李凤明 ( ) ( ) 　　　　　　　　 大庆石油学院 　　　　　　　 大庆油田有限责任公司第二采油厂 ( ) 摘 　要 　基于计算流体动力学 CFD 方法 ,采用 Gam b it建模 ,利用 F luen t软件 ,对常规立罐式离心气液 分离器进行了模拟仿真 。通过流场分析可以看出 ,流场对称性很差 ,底流出口附近气体含量较多 ,说明 气液分离效果不好 。通过结构优化 ,包括将底流出口改为正下方排液 ,单入 口改为双入 口结构 ,减小罐 体直径 ,溢流管伸入分离器内部入口管之下 , 以及将分离器下端改为锥形结构等 ,改善分离器内部流场 的轴对称性及气相体积分数分布情况 ,并提高分离器的净化程度 。 关键词 　气液分离器 　流场 　数值模拟 　结构优化 中图分类号 　TQ0518 + 4　　　文献标识码 　A 　　　文章编号 　0254 6094 (2007) 　　在石油 、化工等行业的许多场合都需要采用 1. 1　物理模型 气液分离器对气液混合介质进行分离 , 以完成产 初步设计和计算用的样机采用立罐式结构 [ 1～3 ] ( ) 品净化或满足工艺流程的技术要求 。常规气 称为原型气液分离器 ,如图 1所示 。顶部设置 液分离器一般采用重力沉降罐的结构形式 ,具有 气体溢流口, 同时在罐体上端部分采用单切向入 结构简单等特点 ,但其体积庞大 , 占地面积大 ,处 口结构 ,在位于罐体底部的侧下方设置一个液体 理时间长 。如采用离心式分离器 , 既可提高分离 排出口。 效率 ,又可缩短处理时间 ,实现实时处理 [ 4 , 5 ] 。 在分离器的结构优化方面 ,通常采用 “理论 分析 →初步设计 →多样机对比实验 ”的模式 。由 于实验条件的限制 ,单纯通过实验来研究分离器 的性能不仅周期长而且费用高 ;数值模拟技术不 仅资金投入少 ,计算速度快 ,而且可以全面深入揭 示流场 ,不受试验测试手段的限制 。因此 ,利用数 值模拟技术研究分离器内流体的流动规律 ,进而 优化分离器的结构 ,可以大大缩短研发周期 ,具有 重要的工程应用价值 。近年来 , CFD 仿真技术在 流场模拟和结构优化方面已经取得了一些可喜的 应用 [ 6 ] 。本文利用 Gam b it建模 ,采用 F luen t软件 对离心式气液分离器进行了流场仿真和结构优 化 ,为气液分离器的结构设计与选型提供了一定 的参考 。 图 1　原型分离器结构示意图 1　物理模型与计算前处理 原型气液分离器与改进方案均采用圆截面切 ( ) ( ) 教育部留学回国人员科研启动基金项 目 2005383 ,黑龙江省教育厅科学技术研究项 目 。 赵立新 ,男 , 1972年 6月生 ,博士 ,副教授 。黑龙江省大庆市 , 163318。 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第 34 卷 　第 2 期