气液旋流器的分离性能
旋流式液气分离器的设计
毕业论文(设计)题目名称：旋流式液气分离器的设计题目类型：毕业设计学生姓名：狄磊院(系)：机械工程学院专业班级：装备10901班指导教师：张琴辅导教师：时间：至目录毕业论文（设计）任务书 (Ⅰ)开题报告 (Ⅱ)指导教师审查意见 (Ⅲ)评阅教师评语 (Ⅳ)答辩会议记录 (Ⅴ)中文摘要 (Ⅵ)外文摘要 (Ⅶ)1 绪论 (7)选择旋流式液气分离器的意义 (7)国内外现状和进展趋势 (7)国外现状和进展趋势 (7)国内现状和进展趋势 (9)2 方案论证 (9)旋流式液气分离方案的可行性 (9)旋流式分离器的结构及工作原理 (10)3 分离器的整体设计 (11)旋流器的直径和长度的计算 (11)分离器结构设计 (13)分离器整体结构设计 (13)脱气结构 (15)钻井液入口的尺寸 (15)旋流器的结构设计 (15)外筒体的设计 (17)接口管设计 (18)外部结构 (21)4、要紧零部件的设计及校核计算 (22)筒体和封头的壁厚计算 (22)外容器筒体、封头壁厚计算 (22)旋流器筒体封头壁厚计算 (24)人孔 (25)人孔选择 (25)人孔补强 (26)支座 (26)分离器的总质量 (26)支座的选用及安装要求 (28)5 分离器的安装 (28)焊接 (28)安装顺序 (29)6 壳体的有限元分析 (32)7 总结 (35)参考文献 (37)致谢 (39)附录一 (40)附录二 (43)旋流式液气分离器的设计学生：狄磊，长江大学机械工程学院指导教师：张琴，长江大学机械工程学院【摘要】旋流分离器，是一种利用离心沉降原理将非均相混合物中具有不同密度的相分离的机械分离设备。
在具有密度差的混合物以必然的方式及速度从入口进入旋流分离器后，在离心力场的作用下，密度大的相被甩向周围，并顺着壁面向下运动，作为底流排出；密度小的相向中间迁移，并向上运动，最后作为溢流排出。
如此就达到了分离的目的。
旋流分离技术可用于液液分离、气液分离、固液分离、气固分离等。
直径对旋流器的影响有哪些？
直径对旋流器的影响有哪些？旋流器是一种能够将流体以旋转的方式进行分离的装置，广泛应用于化学工程、制药、食品加工、污水处理等领域。
而旋流器中的直径大小对其分离性能会产生直接的影响。
直径对旋流器分离性能的影响1.分离效率直径是旋流器的一个重要设计参数，可以影响其分离效率。
在一定范围内，直径越大，所能处理的流量就越大，但研究表明，随着直径的增大，旋流器的分离效率也会下降，一般最佳直径为管径的1/4至1/2。
这是因为当直径过大时，旋流器中的旋转速度不均匀，液相中心区域停滞时间过长，易导致液相和固相再次混合，影响分离效率。
2.压降直径还会直接决定旋流器的压降，压降是流体通过旋流器时产生的阻力。
直径越大，所产生的压降就越小；相反，直径越小，压降就越大。
因此，在旋流器设计中需要权衡分离效率和压降的关系，选择合适的直径。
3.分子扩散分子扩散是指分子在热运动中因浓度差而发生的自发漂移。
在旋流器中，分子扩散常常会发生，其中涔涔困难的是液相和气相的分子扩散。
当旋流器的直径大于一定范围时，分子扩散现象就会变得非常明显，导致液相和气相无法快速分离。
直径对旋流器的设计要素1.基本尺寸旋流器的设计要素必须考虑到其基本尺寸，主要包括旋流器的直径、长度、入口和出口的位置、本体的形状等。
2.入口与出口角度入口与出口角度是旋流器设计中另一个重要因素。
在最佳的设计中，其出口和入口之间应该保持一个很小的角度，通常约为15度。
此角度够大，保证了更好的旋转作用并且更稳定的设计。
3.支撑方式在焊接旋流器时，必须要考虑到其的支撑方式。
支撑方式将影响旋流器的稳定性、使用寿命和可能发生的振动等问题。
直径为何对旋流器设计如此重要？直径是旋流器设计中的一个重要参数，其对分离效率、压降、分子扩散等影响关系密切。
合理选择旋流器的直径可以有效地提高其分离性能和使用寿命，减少能耗和维护成本。
总体来说，选择合适的直径是旋流器设计中的一个重要因素。
设计者需要综合考虑设计要素和分离效率等因素，选择旋流器的直径，并采取其他措施进一步提高其分离效率和稳定性。
含稳流器组合气液分离器分离性能试验研究
１ ． ２ 试 验 系统
试 验 系统如 图 ２所示 。整 个试 验 系统 由空气
缩机 、 高压储 气 罐 、 进气管道 、 水箱 、 高压水泵 、 进 液 管道 、 气液 混合 室 、 分离器试验段 、 测量仪表 、பைடு நூலகம்Ｐ Ｄ Ｐ Ａ
该气 液分 离 器包 括 分 离 器 壳体 ， 以及 在 分 离 器
壳体 卜设 置 的 天 然气 入 １ 、 天 然 气 出 口和 排 液 Ｌ ｊ ，
图 １ 分 离 器 结 构 图
分离 器 壳体 内部 为 ＿ 卜 部 的气 相 区和 下 部 的液 相 区 ； 在 天然 气入 口处设 置有 旋 流 器 ， 分 离 器 中部 设 置 有 稳 流器 ， 天然 气 出 ｒ ］ 处 设 置 有 折 流 板 。其 结 构 如 图 １ 所 永 。该 分 离 器 的 作 原 理 是 ： 人［ Ｉ 天 然 气 首先
稳流器 文献标志码
气液分 离 Ａ
试验研 究
中 图法 分类 号
气液 分 离 技 术 在 电 力 、 化工 、 动 力 和 核 能 等 领 域 广 泛应 用 。气 液 分 离 设 备 的 性 能 对 天 然 气 的 品 质和 系统 的安 全 经济 性 极 其 重要 ¨ 。因此 在 天 然
第１ ３卷
第２ ９期
２ ０ １ ３年 １ ０月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ １ ． １ ３ Ｎ ｏ ． ２ ９ ０ｅ ｔ ．２ ０１ ３
ｌ ６ ７ ｌ ～１ ８ １ ５ ｆ ２ ０ １ ３ ） ２ ９ — ８ ７ ４ ８ — ０ ３
操作参数对双蜗壳式旋流分离器气液分离性能的影响
进 口结构 简单 ，利 用蜗壳进 口产生旋 转气 流 ，造旋 方式 能
耗低 ｊ ，而被应用于天然气净化工 艺中。但从现 场 的应 用 反馈 发现 ，此种旋 风管的分 离效率 较低 ，尤其 是气 液分离 性能较差 ，未能达到工程应 用 的要 求 ，故本 文通过 改变 入
ｌ压缩 机 ；２压 力表 ；３ 缓 冲罐 ；４ 阻尼 器 ；５ 计量采 ；６ 水槽 ； 一 － － 一 一 － ７ 灰 斗８ 空气 雾化 喷 嘴；９ 旋风 管 ；１一 一 一 － ０ 排气 室 ； ｌ一Ｕ型管压 差计 １ １一 ２ 闸板 ；１一 托管 １一 ３毕 ４ 风机
的机会较小 ，因此旋风管分离效率较低 ；第 ，小液滴受短
路流 的影响较大 ，更易未经分离而被气流直接带出排气管形
所测得 的喷雾 的入 口浓度对 分离效 率 的影 响 曲线 。由 曲线 可 以看 出，分离器 的分 离效率普 遍较 低 ，而且 随着人 口浓 度升高 ，分离效率波动 较大 ，这说 明在试 验所 用粒度 范 围
喷嘴的参数 ，产生不 同粒度分布的液滴 ，对分离器进行分离 性能研究 ，所测得 的分 离效 率 曲线如 图 ４所示 。由曲线可
知，粒度的变化对旋风管的分离效率有重要影响 。当入 口喷 雾液滴 的中位粒径从 １． ２ ｎ升高到 ３ ． ８ ｎ ９ ０／ ａ ７２ ／ ，旋风管的分 ａ
离效率升高 了接 近 ０ ２ ，这说 明旋 风管 对小粒 径液滴 的分 ．０ 离效果较差 ，由三方面 的原因造成 ：第一 ，小粒径液滴的切 割粒径较小 ，旋风管对其分离效果较差 ；第二 ，试验用的液 滴浓度较低 ，为 ７ ２ｇ・ 。 ．５ ｍ－ ，旋风管分 离空 间内的液滴 数 目较少 ，小液滴 的团聚作用较弱 ，且被大液滴夹带而被分离 图 ６ 不 同粒度 液滴 的分 离效 率 （ ＝０ ｈ ｍｍ）
气液旋流器离心式分离器设计
气液旋流器离心式分离器设计介绍本文档旨在设计一种气液旋流器离心式分离器。
该分离器可用于将气体和液体分离，并具有高效率和可靠性。
设计原理气液旋流器离心式分离器基于离心力和旋流效应来实现气体和液体的分离。
当气体和液体混合进入分离器时，它们会在旋流器中形成旋转流动。
由于离心力的作用，液体会向外运动，被收集在分离器的外部。
而气体则沿着分离器的中心轴进一步向上排出。
设计要素1. 旋流器尺寸旋流器的尺寸是设计中的关键要素。
尺寸过小可能会导致分离效率降低，而尺寸过大则增加了设备的造价和能耗。
根据实际需求和操作参数，确定合适的旋流器尺寸。
2. 进出口形状和位置进出口的形状和位置会影响气体和液体在旋流器中的流动。
合理设计进出口形状和位置，可以提高分离效率和减少能耗。
需要根据具体情况选择最佳的进出口设计。
3. 分离器材料分离器的材料应具有良好的耐腐蚀性和耐压性能，以确保长期稳定运行并避免材料损坏。
根据分离介质的特性选择合适的材料，例如不锈钢、聚合物等。
4. 出口管道设计出口管道的设计对于分离效果和气体排放起着重要作用。
必须确保出口管道与旋流器的连接处无泄漏，并能够有效排出气体。
设计步骤1. 确定分离器的工作条件和需求。
2. 根据工作条件和需求，选择合适的旋流器尺寸和材料。
3. 设计进出口形状和位置，确保流动性和分离效果。
4. 设计出口管道，确保无泄漏和顺畅排出气体。
5. 检查设计是否符合安全和环保要求。
6. 制作设计图纸和说明文档，并提交给相关部门进行评审。
结论气液旋流器离心式分离器是一种高效率和可靠性的气液分离设备。
通过合理的设计和选择适当的工艺参数，可以实现高效的气液分离和能源节约。
在设计过程中，需要考虑旋流器尺寸、进出口形状、分离器材料和出口管道等要素。
最终的设计应符合安全和环保要求，并通过评审批准后开始制造。
气液旋流分离技术应用研究进展
2021年第49卷第1期—102 —石油机械CHINA PETROLEUM MACHINERYV油气田开发工程A气液旋流分离技术应用研究进展”蔡禄1孙治谦1朱丽云1王旱祥2王振波1(1.中国石油大学(华东)新能源学院2.中国石油大学(华东)机电工程学院)蔡禄，孙治谦，朱丽云，等.气液旋流分离技术应用研究进展.石油机械，2021, 49 (1)： 102-109.摘要：气液旋流分离设备具有分离效率高、体积小及工作稳定等优点，在油田开发、天然气 开采、油气输送和压缩空气净化处理等领域得到了广泛应用。
油田开发中，常用的气驱技术能够提高采出率，但油井气液比会增大，油气分离技术要求日趋严苛。
对气液旋流分离设备的分离原理及国内外研究现状进行了简要介绍，阐述了分离性能的优化方法，分析了理论研究的不足。
研 究结果发现：气液旋流分离设备的分离性能受其结构参数、操作参数以及流体物性参数等因素的影响。
国内外学者为提高分离效率采取了改进外部结构和内部流场的措施，为进一步提升工业生 产效率提供了可能。
随着气液旋流分离技术应用领域的不断拓宽，旋流器及内部流场的定量数值研究对工程应用具有重要意义。
研究内容可为气液旋流分离器的设计与应用提供指导。
关键词：气液两相流；分离；旋流器；优化；研究进展中图分类号：TE934 文献标识码：A DOI ： 10. 16082/j. cnki. issn. 1001-4578. 2021. 01. 015Application and Research Progress of Gas-LiquidCyclone Separation TechnologyCai Lu 1 Sun Zhiqian 1 Zhu Liyun 1 Wang Hanxiang 2 Wang Zhenbo 1(1. School of N ew Energy , China University of P etroleum (Huadong) ； 2. School of M echanical and Electrical Engineering, ChinaUniversity of Petroleum ^Huadong) )Abstract : Thanks to the remarkable advantages of high separation efficiency , small size and stable operation ,gas-liquid cyclone separation equipment has been widely used in oilfield development , natural gas exploitation , oil and gas transportation , compressed air purification and other fields. In the field of oilfield development , the com monly used gas flooding technology can improve the recovery rate , but the gas/liquid ratio of oil well will increase , so the requirements on oil and gas separation technologies are increasingly strict. In this paper, the separation prin ciple of gas-liquid cyclone separation equipment and the research status at home and abroad are briefly introduced. In addition , the methods for optimizing the separation performance are described and the shortages in theoretical studies are analyzed. The results show that the separation performance of gas-liquid cyclone separation equipment is affected by its structure parameters , operation parameters and fluid physical parameters. In order to improve the separation efficiency , domestic and foreign scholars have taken effective measures to improve the external structureand internal flow field, which provides many possibilities for the improvement of industrial production efficiency. With the development of the application field of gas-liquid cyclone separation , the quantitative numerical study oncyclone and its internal flow field is of increasingly important guiding significance to engineering application. Theresearch results can provide the guidance for the design of gas-liquid cyclone separator.Keywords : gas-liquid two-phase flow; separation ； cyclone ; optimization ； research progress*基金项目：中石油重大科技项目“天然气水合物开采气液分离技术及配套装置研究”(ZD2019-184-004)。
气携式水力旋流器分离性能试验
器 的分离效率均可达到 ９ 以上 ， ５ 是较 为理想 的注气形式．
关 键 词： 注气 ； 水处理 ；油一气复合体 ｝旋流分离 ； 气携
文献标识码 ： Ａ 中围 分 类 号 ： ９ ２ ２ ＴＥ ９ ．
．
文章 螭 号 ：０ ０—１９ （０ ６ ０ 一０ ５ １０ ８ Ｉ２ ０ ） Ｉ ０ ３—０ ４
维普资讯
大
庆
石
油
学
院
学
报
第３ ０卷
Ｖｏ ．３ １ Ｏ
第１ 期
Ｎｏ １ ．
２０ ０ ６年 ２月
Ｆ ｂ ２ ０ ｅ． ０６
Ｊ ＯｕＲＮＡＩ ＯＦ Ｄ ＡＱＩ Ｇ Ｅ ＲＯＬ ＵＭ ＮＳ Ｔ Ｎ Ｐ Ｔ Ｅ Ｉ ＴＩ ＵＴＥ
机 的不 同位置上 开 ４个 注气孔 ， 径 为 ｌｍｍ， 孔 分别 位于 旋 流器 的大 锥段 （ １
气体密 度在 油 一气 一水三相 中最 小 ， 在注气 条件 下 ， 当气 体进 入 水 力旋 流 器 后 ， 有 一部 分 进 入 旋流 会
器 的核 心处 ， 最终 由溢 流 口排 出． 在此 过程 中 ， 如果 气 泡粒径 适 当 ， 将会 携带 油滴 ， 成油 一气 复合 体 ， 而 形 从 加速 油滴 的运 移 过程 ， 同时 也将 粒径微 小 、 以分 离 的油滴 带 入 核心 处 ， 现气 浮 选 和 旋 流分 离 的协 同效 难 实
油一气复合体 ， 在离心力的作用下， 泡将携带油滴运移至核心处 ， 气 完成气 浮选和旋流分 离的协 同效应 ， 从而实 现油水高 效分离． 试验结果表明 ： 采用注气方法可改善水力旋流器的分离效果， 但空气压缩机单 点注气破坏 流场的稳定 ， 旋流器分
内锥式三相旋流分离器分离性能研究
图 ５ 压 力损 失 分 布 曲 线
为油 田生产 中必不可 少的工 艺作业 。 目前 ， 在脱 气除砂 的处理 方面 ， 通常还 是使用 两级分离 的方法 ， 即两 种杂质 分别进 行分离 ： 除砂
流 口呈倒锥 形 与简 体连 接 ， 端有 一 切 向 的侧 向 下 出砂 口， 简 体 内部 有 一锥 形 空心 体 （ 作 内锥 在 称 或倒 锥 ） 锥体 内的空 腔称 为 内锥 腔 ， ， 腔壁 上 均匀 排布 若干排 液孔 ， 内锥 腔下 端连接 底流管 。
摘 要 采 用 Ｆ ｕ ｎ 软 件 对 内锥 式 三相 旋流 分 离 器的 内部 流 场 进 行 模 拟 研 究 ， 析 了分 离器 的 分 离机 ｌｅ ｔ 分
理 ， 理 论 方 面 验 证 了使 用该 分 离 器对 气液 固三相 进 行 分 离的 可行 性 。此 外 ， 过 室 内 实验 研 究 明确 了 在 通 不 同操 作参 数 （ 包括 入 口流 量 、 气液 比 和 分 流 比 ） 分 离 效 果 的 影 响 ， 总 结 出 了 该 结 构 尺 寸 分 离 器 的 对 并
最佳 操 作 参 数 范 围。
关键 词
旋 流 分 离器 内锥 式 三 相 分 离 脱 气
ＴＱ ５ ． ４ ０ １８ 文 献 标 识 码 Ａ
除砂
文章编号 ０ ５ —０ ４（ ０ ） ４ ｏ ３ －６ ２ ４６ ９ ２ １ Ｏ －４ ４ ｏ １
中 圈分 类 号
油 田采出液 中通 常含 有 大量 的水 、 天然 气 及 细砂 等杂 质 … ， 其 随着 油 田开 采 的 不 断 深人 ， 尤 杂质 含量也 逐渐增 多 。这 些杂质 的存在 不仅增 大
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
收稿日期:2008-12-08基金项目:国家/8630高技术研究发展计划项目(2006AA06Z224)作者简介:金向红(1965-),男(汉族),河南驻马店人,副教授,博士,研究方向为多相流分离技术。
文章编号:1673-5005(2009)05-0124-06气液旋流器的分离性能金向红1,2,金有海1,王建军1,孙治谦1,陈新华1(1.中国石油大学多相流实验室,山东东营257061;2.安徽理工大学化工系,安徽淮南232001)摘要:旋流器内气液两相的分离过程是液滴离心沉降和碰撞聚结、破碎的复合过程。
对液滴的聚结、破碎机制进行分析,试验验证液相物性、流场强度对液滴聚结、破碎以及旋流器分离性能的影响。
结果表明:液相黏度对涡流场中液滴的破碎影响很大,黏度增大分离效率上升;湍流强度是导致旋流场液滴破碎的主动力,当流量达到一定值时,高湍流强度导致液滴破碎,分离效率随流量上升开始急剧下降;液滴聚结、破碎过程对分离器压力降影响不大。
关键词:气液旋流分离器;分离效率;液滴;团聚;破碎中图分类号:TQ 05118;TE 969 文献标识码:ASeparation perfor m ance of gas -liqui d cycl one separatorJI N X iang -hong 1,2,JI N You -ha i 1,WANG Jian -j u n 1,S UN Zh-i qian 1,C HEN X i n -hua1(1.Institute of M u ltiphase F low in China Universit y of P etro leu m,D ongy ing 257061,China ;2.D e p ar t m ent of Che m ical Eng i neering ,A nhui U ni ver sity of Science and T echno logy,H uainan 232001,Ch i na)Abstrac t :T he separa ti on o f gas -li qu i d t w o -phase flo w i n t he cyc l one separator is a co m pound process of centr ifuga l sepa ra -ti on ,coa l escence and breakup of drop l e ts .The m echan i s m of drop l e ts coa l escence and breakup w ere discussed .The effects o f liqu i d v iscosity and t urbulence i n tensity on drop lets coa lescence ,breakup and separation perfor m ance we re proved by ex -per i m ents .The experi m enta l results s how t hat the li qu i d v iscosity has much eff ec t on drop l e ts breakup in vortex field ,and the separation effic i ency i ncreases w ith t he li quid v i sco sity i ncreasi ng .T he turbulence i ntensity is the m ai n f o rce w hich breaks up the drop l e ts .W hen the fl ow rate i s up to so m e extent ,the high t urbulence i ntensity breaks up t he droplets ,then t he sepa ra -ti on effic i ency w ill decrease sha rply .W h ile the coa l escence and breakup of droplets has little effect on pressure f a ll i n cy -clone separator .K ey word s :gas -li qui d cyc l one sepa rato r ;separa ti on efficiency ;li qui d drop l ets ;coa lescence ;breakup传统上,旋流器内气液两相的分离过程只是从离心沉降来理解,但研究者在试验研究和工程应用中发现,气液旋流分离器内流场是三维强旋湍流,在流场内分散液滴因气液两相的密度差而受到比较大的离心力,产生离心沉降,同时在湍流场内液滴之间又会产生剧烈的碰撞、团聚、破碎和扩散,两相的分离过程是旋流场中液滴离心沉降和碰撞聚结、破碎的复合过程。
其分离性能不仅受液滴的离心沉降影响,还受湍流场中液滴间碰撞、团聚、破碎以及液相扩散的影响。
试验表明,对于稀相气液两相流,液滴间的碰撞、团聚、破碎不仅与气液两相时均流场有关,还与流场湍动强度、含液浓度以及分散液相的密度、黏度、表面张力等物性密切相关[1-2],但受试验条件限制,目前对液滴聚结、破碎的机制认识还不透彻,单从试验和理论上还很难得出准确的解释[3-7]。
笔者通过试验考察稀相状态时液相黏度对气液旋流器分离性能的影响,并对三维强旋湍流中分散液滴的碰撞、团聚和破碎机制进行分析。
1 液滴在旋流场的聚结与破碎111 液滴在旋流场的碰撞聚结旋流器内部是三维强旋湍流场,其切向速度分2009年 第33卷 中国石油大学学报(自然科学版) V o.l 33 N o .5 第5期 Journa l o f China U n i versity of Pe tro leum O ct .2009布近似地看作由内部的准强制涡和外围的准自由涡组成的兰金涡,在准强制涡和准自由涡的交界面上切向速度最大。
轴向速度分布外围速度向下,内圈速度向上,即逆向内旋流,在两反向轴向速度的交界面存在一个0轴向速度,即存在一个零轴向速度包络面LZ VV。
旋流器内的径向速度相对较小[8-11]。
旋流过程中由于气液两相的密度差,液滴在离心力及重力作用下向筒壁迁移并向下沉降,即离心沉降。
由于旋流器中液滴粒径不同而使得它们的离心沉降速度也不同,同时在准自由涡区,流体在径向上具有一定的角速度梯度,这样邻近径向位置的颗粒就有了碰撞的机会。
两颗液滴碰撞以后有两种可能,一是碰撞以后聚合,二是碰撞后两颗液滴分开。
当小液滴碰撞时,如果促使液滴聚结的力超过液滴与气相间的界面张力,则两颗液滴将发生聚结,否则就会分开[12-13],即液滴聚结的条件是E F>P d p R.(1)式中,d p为液滴直径;R为界面张力;E F为促使液滴聚结的各类力的合力。
旋流场中作用在液滴上的力有离心力、曳力、重力、M agnus力、Sa ff m an力、压力梯度力、虚假质量力和Basset力等,其中促使液滴径向聚结的主要因素是液滴在旋流场所受的离心力,即F p t=16P d3p(Q p-Q g)v2p tr.(2)式中,Q p和Q g分别为液相、气相密度;v pt为液滴切向速度;r为液滴位于旋流场的半径。
处于准自由涡的液滴,有一个自转角速度,由此造成垂直于液滴与流体相对速度方向的径向升力,称作M agnu s力,表达式为F p M=16P d3p Q p$v Ep- %.(3)式中,$v为气液间的相对速度;E p为液滴旋转角速度;%为流体涡量的一半。
同时考虑流场对液滴的径向曳力F pS=3P d p L g v pt.(4)式中,L g为气相黏度。
忽略其他力的影响,可以得出液滴聚结的条件为F p t+F p M-F pS>P d p R.(5)由式(5)可以看出:液滴切向速度越大,促使液滴聚结的力也越大;气液两相密度差越大促使液滴聚结的力也越大;界面张力越小则液滴碰撞聚结的可能性越大。
因此,旋流器内液滴的聚结应主要发生在切向速度较大的准自由涡区,并且随着小液滴聚结成大液滴,液滴受到的离心力增加,进一步促进液滴的聚结,同时液滴的聚结也利于分离。
由此可以看出,旋流器内液滴粒径的分布,在径向上由内向外越来越大。
进入旋流器外围的大液滴大部分会到达筒壁,在筒壁上聚结形成液膜,并在重力作用下进入集液槽;少部分大液滴则会在近壁处流体强湍流度的作用下产生破碎,一部分到达筒壁,而部分破碎的小液滴有可能被再次带入内旋流。
112液滴在旋流场的破碎在气液旋流分离器中,气液两相间存在着速度差,这个速度差使高速气流绕过低速运动的液滴,这样在液滴的前后驻点就形成了压力差,这个压力差会使液滴发生变形,中心变薄、拉长甚至破裂。
在高速湍气流中,液滴表面在气流湍动能作用下发生持续的压力脉动,液滴持续振荡,导致变形后液滴的进一步破碎。
研究发现,液滴的破碎主要与无量纲韦伯数W e 和昂色格数Oh有关。
W e数是气动力和表面张力在液滴表面产生的无因次压强比,前者压缩液滴表面使其变形破碎,后者反抗变形使其保持球状。
其计算公式为W e=Q g$v2d p/R.(6) Oh数表示黏性力与表面张力之比,即Oh=L l/Q l R d p.(7)数值计算和试验结果都证明:W e数越大,液滴所受气动力与表面张力的内聚力之比越大,气流中的液滴越不稳定,越易于变形破碎;Oh数越大,液滴越稳定,越不易变形破碎。
根据W e数和Oh数的定义可以看出,大液滴更易于变形破碎,气液两相间的速度差越大液滴越易破碎,而液相黏度越大,液滴越不易破碎,液相的黏性起到阻止液滴破碎的作用,这是因为液滴的黏性能够耗散周围的扰动能量。
对于气液旋流分离器,气液两相间的速度差并不大,其W e数也不大,因此时均速度差所形成的气动力并不是液滴破碎的主要动力,它一般是使液滴变形而不是破碎,而大的湍动能对变形液滴表面的剧烈扰动才是液滴破碎的主要动力。
因此,当流场湍动强度不高时,液滴的破碎并不明显,增大流场湍动强度,会增加大液滴破碎的几率。
同时,在低W e 数条件下,液体的黏度对液滴的破碎有很大的影响,液滴黏度越大,抗湍流扰动的能力也越强,液滴也越#125#第33卷第5期金向红,等:气液旋流器的分离性能不易破碎。
对旋流器内气相三维湍流场结构的LDV测定结果表明[1,8-10],分离空间内切向湍流强度和轴向湍流强度具有类似的分布形态,并有同一数量级。