基于熵產(chǎn)理論的水力旋流器優(yōu)化.pdf

1、水力旋流器由于具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、無轉(zhuǎn)動部件等優(yōu)點廣泛用于石油石化企業(yè)。目前對水力旋流器的研究主要集中在尺寸因素和非尺寸因素對水力旋流器的分離效率和能耗的影響分析上，對能耗主要用壓力降來評價，而對其能耗的分布情況及組成研究很少。熵產(chǎn)分析法可以通過計算熵產(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，通過改變操作參數(shù)或設(shè)計參數(shù)，將熵產(chǎn)最小化，從而實現(xiàn)減小不可逆損失或優(yōu)化不可逆損失分布的目的。
　　利用計算流體力學(xué)數(shù)值模

2、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、分離效率及熵產(chǎn)等。
　　通過數(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軸心線上的三向速度分布圖，模擬結(jié)果與實驗得出的結(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)

3、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渡段。
　　為了研究水力旋流器的圓柱段長度、大錐段長度及小錐段長度對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個圓柱段長度、10個大錐段長度、10個小錐段長度以及10%含油濃度下5個溢流口直徑共計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分離效率和熵產(chǎn)的影響規(guī)律。模擬結(jié)果表明，圓柱

4、段長度對熵產(chǎn)及分離效率的影響都不大；大小錐段長度對湍流熵產(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，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，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)，針對數(shù)值模擬過程中發(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