發(fā)布時間：2020-08-26 12:25

【摘要】：氣液分離器是水下生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分,管柱式氣液分離器(gas-liquid cylindrical cyclone separator簡稱GLCC)具有結(jié)構(gòu)緊湊,操作方便等優(yōu)勢在深海油氣分離場合受到人們越來越多的青睞。然而GLCC的分離機理十分復(fù)雜,關(guān)于其流動和分離特性的研究還沒有得到滿意的成果,因此阻礙了GLCC在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。本文采用數(shù)值模擬的方法對GLCC速度分布、壓力分布、旋流的衰減特性、旋流的穩(wěn)定性和截面的液相體積分布等進行了研究,結(jié)論如下:(1)在湍流模型的選擇上:將標準k-ε模型、RNG k-ε模型和RSM模型與課題組實驗結(jié)果進行比較,發(fā)現(xiàn)RNG k-ε模型所得壓降值更接近實驗值;在氣液兩相流模型的選擇上,基于歐拉模型的多相VOF模型能描述與實驗類似的氣液相交界面,因此更適用于模擬GLCC內(nèi)的氣液兩相流動;氣液兩相間的作用力以曳力為主,且曳力采用Symmetric模型更容易描述GLCC筒體內(nèi)上部攜帶液滴的現(xiàn)象。(2)GLCC內(nèi)切向速度的分布在徑向呈“M”型分布,中心區(qū)域形成強制渦,兩邊區(qū)域形成自由渦,最大切向速度隨著軸向位置上移而不斷減小。切向速度受噴嘴結(jié)構(gòu)影響較大,新月形噴嘴入口截面切向速度較大,造成壁面處較大動量損失,而矩形噴嘴對應(yīng)的動量損失相對較小;噴嘴面積對速度分布也有很大影響,隨入口面積減小,與噴嘴連接的一側(cè)切向速度逐漸增大,對彎道處壁面的切削作用增大,動量損失增大,衰減加快。(3)隨操作氣量和液量增大,GLCC筒體內(nèi)壓降值逐步增大。整個GLCC靜壓變化并不明顯,只在噴嘴入口截面上左側(cè)壁面沖擊區(qū)域處有靜壓突變。噴嘴結(jié)構(gòu)和截面積對此沖擊區(qū)域影響很大。新月形噴嘴相較于矩形噴嘴沖擊區(qū)域更大;矩形噴嘴面積越小,沖擊壓力越大。(4)旋流衰減性和穩(wěn)定性方面:氣液兩相在筒體上部入口附近高度旋流衰減較快。在z1700mm時,氣速對切向速度衰減影響較大,氣速越小衰減越快;在z1700 mm時氣速對旋流衰減影響很小。GLCC筒體分離空間內(nèi)旋流擺動幅度很大,在GLCC筒體上部空間內(nèi),矩形噴嘴相較于新月形噴嘴渦核擺動幅度更小,流動更加穩(wěn)定。同一矩形噴嘴時,隨噴嘴面積的減小,旋流穩(wěn)定性增加。(5)在大液相流量下,噴嘴入口截面積減小不利于氣液兩相預(yù)分離;在GLCC入口區(qū)域存在一液體滯留區(qū),該區(qū)域面積隨噴嘴入口面積增大呈先減小后增大的趨勢。2#噴嘴對應(yīng)的滯留區(qū)域最小,性能更優(yōu);在GLCC入口上部區(qū)域右側(cè)壁面液相體積分數(shù)相較于左側(cè)壁面更大,且此區(qū)域隨著噴嘴截面積的減小呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,在2#噴嘴時實現(xiàn)最優(yōu)。在GLCC筒體下部空間,0#噴嘴氣核寬度和長度明顯越大,而三種矩形噴嘴下,氣核隨噴嘴截面積增大呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。從液相體積分布可以看出,2#噴嘴在大液量下,分離性能更優(yōu)。
【學位授予單位】：中國石油大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE952
【圖文】：

第 1 章 文獻綜述第 1 章 文獻綜述柱式氣液分離器的概述社會的不斷發(fā)展，對油氣的需求量也越來越大，但是大部分開采的地，這就使得陸地資源越來越少。為了滿足日益擴大的油氣需求，向深海。深海水下油氣生產(chǎn)系統(tǒng)流程如圖 1. 1 所示，它是深海油氣障，其中油氣分離至關(guān)重要。傳統(tǒng)的油氣分離方法主要依賴重力來是笨重、占地面積大、投資高等問題，已無法滿足深海高壓環(huán)境的構(gòu)緊湊、體積小巧的油氣分離器-管柱式氣液分離器便具有明顯的優(yōu)lsa 大學在 1994 年研制的。Watson[1]和 Davies 等[2]將傳統(tǒng)的重力分離海洋平臺工況下的分離效率進行了對比，結(jié)果表明：GLCC 的分離效重力分離器。

圖 1. 2 第一臺投入生產(chǎn)試驗的 GLCCFig1. 2 The first GLCC in subsea separation systemC 另一個廣泛的應(yīng)用是多相流測試[6]。GLCC 用于多相流測試時，多合用于氣多油少時。GLCC 用于多相流測試的流程如圖 1. 3 所示。

圖 1. 2 第一臺投入生產(chǎn)試驗的 GLCCFig1. 2 The first GLCC in subsea separation systemC 另一個廣泛的應(yīng)用是多相流測試[6]。GLCC 用于多相流測試時合用于氣多油少時。GLCC 用于多相流測試的流程如圖 1. 3 所

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本文編號：2805168