稳流型气液旋流分离器的CFD模拟

收稿日期:2008 03 06基金项目:长江大学科研启动基金资助项目(801140010113)作者简介:张慢来(1979 ),男,广东汕尾人,讲师,硕士,现从事流体机械及工程方面的教学与研究工作,E mail:zhmanlai@ 。

文章编号:1001 3482(2008)10 0050 06基于CFD 的离心式气 液分离器结构设计及仿真优化张慢来,冯 进(长江大学机械工程学院,湖北荆州434023)摘要:运用CFD 技术优化设计了一种新型离心式气 液分离器,以去除气侵钻井液中的小气泡。

通过CFD 模拟,研究分析了该分离器内湍流状态下的2相流动,以及分层、分离、旋流等复杂现象。

模拟结果显示,由于分离器内的运动部件 转鼓旋转,钻井液形成强迫旋流,不同密度的气、液相在离心力作用下发生分离。

试验测试结果表明,该分离器试验模型的分离性能显著、稳定,保证了钻井液性能尤其是密度的稳定,从而验证了CFD 的有效性。

在内流场分析的基础上,对分离器试验模型进行仿真优化,改进了入口方式和转鼓结构。

结果表明,切向入口有利于改善来液的流动;分离器增加1个旁通管形成循环支路后,有利于降低背压,使排气管壁上的液滴流回到分离器。

关键词:离心式气 液分离器;2相流动;转鼓;分离性能中图分类号:T E931.102 文献标识码:ADesign and Simulation Optimization of C entrifugal Gas liqu id Separation Based on C FDZH ANG M an lai,FENG Jin(Col lege of Mechanical Eng ineer ing ,Y angtz e Univer sity ,J ingz hou 434023,China)Abstract:W ith the technolog y of CFD,a new kind of centrifug al gas liquid separ ation is designed and o ptimized to separ ate gas entrained in dr illing fluid.T he centr ifugal separator has an upper fluid inlet,an upper gas outlet,and the bottom is a fluid outlet.In this separator,a rotary drum mounted to a rotating shaft is driven by a m otor.T hrough CFD simulation,the turbulent tw o phase flow in the separato r is studied,and the complex phenom enon o f layer,separatio n,and sw irl is especially discussed.T he sim ulation result show s that a forced vo rtex is form ed during rotary drum rotating,and gas liquid tw o phase w ith different density is separated under centr ifu g al function.Further more,the separation efficiency of the produced ex perim ental separato r is tested,and it indicates that the centrifugal gas liquid separato r per for ms steadily and efficiently,thus the validity of CFD is verified.In additio n,on the basis of analyzing inner flow field,simu lation optimizatio n of exper im ental separato r is done to improve the structure of inlet and r otary drum.T he simulation result show s that tang ential inlet is m ore useful to im pro ve the fluid flo w,and the side pipe,fo rming a circulation,added to the separator is g ood to reduce back pr essure,and makes the dr oplet o n the w all of vent pipe flow back to the separator.Key words:centrifugal gas liquid separato r;tw o phase flow ;rotary dr um ;separatio n efficiency2008年第37卷 石油矿场机械第51期第50页 OIL FIELD EQUIPM ENT2008,37(10):50~55在钻井中,为了安全钻井防止井喷失控的事故发生,需要对受侵钻井液进行气、固、液、油4相分离[1],特别是气、液2相的有效分离是保证钻井液性能,尤其是密度稳定的有效手段。

稳流型气液旋流分离器的CFD模拟
李枫;曹仁子;黄涛
【期刊名称】《油气田地面工程》
【年(卷),期】2009(028)005
【摘要】利用CFD方法,采用流体力学FLUEN分析软件对目前的柱状气液旋流分离器(CGLC)内部流场研究和分析,从而进行计算仿真和结构优化设计.通过模拟分析,进行了结构改进,得到新型带稳流盘的拄状旋流分离器合理的结构模型.通过对气体体积分数分布的对比分析,可以方便快捷地预测CFD模型的分离性能.
【总页数】3页(P13-15)
【作者】李枫;曹仁子;黄涛
【作者单位】大庆石油学院;大庆石油学院;大庆炼化公司
【正文语种】中文
【中图分类】TE3
【相关文献】
1.钻井液气液旋流分离器内部流场的CFD模拟 [J], 贾星兰;王凯;杨德京;朱焕刚
2.三相旋流分离器气液固耦合数值模拟研究 [J], 崔之健
3.气液固三相旋流分离器内锥结构的数值模拟研究 [J], 吴允苗;李丽娅
4.基于CFD的入口管对气液旋流分离器的影响研究 [J], 吴允苗; 朱朝鸿
5.气液旋流分离器气相体积分数和压力降数值模拟 [J], 吴允苗; 朱朝鸿
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基于CFD的循环流化床旋风分离器数值模拟
循环流化床旋风分离器是广泛应用于化学反应、热处理和废气处理等领域的重要设备。

该设备将固体物料以流化床形式进行循环，通过旋风分离器分离气固两相，实现了在化工、环保工程等领域的重要应用。

为了在设计和改进该设备时准确预测流动和分离的特性，数值模拟成为一种有效的方法。

基于CFD的循环流化床旋风分离器数值模拟已经成为一种快速、准确预测流动和分离过程的工具。

CFD数值模拟的过程首先需要准确建立数值模型，进行网格划分和边界条件设定。

然后利用计算机运算能力，通过数值模拟解决数学模型得到流动和分离的过程。

最后，通过数值模拟的结果，可以解决实际设计和改进的问题。

在这个过程中，需要确定正确的物理模型、适当的边界条件和网格密度以及求解方法等。

对于循环流化床旋风分离器的数值模拟，需要考虑以下几个因素。

首先，需要考虑气固两相之间的相互作用。

流化床内气固两相的运动应当由玻意耳数学模型来描述，同时应当将压降等现象考虑在内。

其次，流化床内的颗粒运动也应当考虑，因此某些模拟需采用多相流模型。

此外，旋风分离器中气相的旋转和离心效应都应当加以考虑。

基于CFD的循环流化床旋风分离器数值模拟具有许多优点。

其能够快速准确地预测流动和分离过程，可以帮助研究人员了
解设备内部的运动规律，进而优化设计、提高设备效率。

此外，该方法还可以帮助研究人员验证实验数据，并减少试验成本和时间。

因此CFD模型应用于该设备的设计和改进中，可以提
高效率，节约成本，同时优化产品质量和制造n优化生产成果。

基于CFD的三相分离装置工作性能仿真与参数分析的开题报告一、研究背景和意义近年来，随着化工、环保、能源等行业的快速发展和对高效、节能、环保三相分离装置日益增长的需求，越来越多的研究者开始关注对三相分离装置的研究。

三相分离装置是一种将混合物分离成三个组分的设备，广泛应用于化工领域中液-液-固体、气-液-固体混合物的分离，具有效率高、能耗低、操作方便等优点。

对三相分离装置的研究可以提高液-液-固体、气-液-固体混合物的分离效率，同时也可以节约生产成本，减少资源浪费。

传统的三相分离装置设计需要进行大量的实验研究和试验，成本高、周期长、数据难以获取。

随着计算机技术的不断发展，基于计算流体力学（CFD）技术的三相分离装置仿真技术正在得到越来越广泛的应用。

采用CFD技术可以准确、高效地研究三相分离装置在不同气体、液体、固体组分比例下的工作性能，优化设备设计，提高设备运行效率。

二、研究内容和方法本研究的研究内容是基于CFD技术对三相分离装置的工作性能进行仿真模拟，并基于仿真结果对装置的关键参数进行分析和优化，包括：1.对三相分离装置内部流场分布进行数值模拟，计算不同气体、液体、固体组分比例下的分离效率和流体动力学参数，比较不同工况下的工作性能。

2.采用ANSYS Fluent软件对三相分离装置内部的流体运动规律进行数值计算，模拟各流场中的流速、压力、流量等参数变化情况，建立模型的数学方程组。

3.基于仿真结果分析三相分离装置工作的关键参数，如进料速度、搅拌速度、分离板系数等因素对设备性能的影响，选择优化方案。

本研究采用流体动力学仿真模拟方法，通过对三相分离装置内部流体流动规律建立数学方程组，采用ANSYS Fluent软件进行计算，对设备的工作性能进行模拟分析，优化关键参数对设备性能的影响，从而实现对三相分离装置的优化。

三、研究预期结果通过本研究，可以得到以下预期结果:1.基于CFD技术建立的三相分离装置工作性能模型，可以提高三相分离装置的设计效率和运行效率，实现对设备的优化设计和性能调整。

反应器液体分布器CFD模拟优化研究摘要:液体分布器的分散效果影响着液-液反应的进行，本文以某反应器液体分布器为研究对象，采用CFD方法对其进行了流动模拟研究，得到了其内部压力、速度分布等信息，在分析了当前设计的液体分布器存在的问题，从结构上提出了优化方案，进行了优化模拟，为该烷基化反应器液体分布器的工业设计提供了参考。

关键词:液体分布器；CFD模拟；结构优化中图分类号：TQ021 文献标识码： A引言反应器对于化工工艺的实现起着至关重要的作用，对于液液两相反应，反应器内液体分布器的分散效果好坏直接决定了烷基化反应效率的好坏。

通过理论计算能够大致得到液体分布器的分散情况，但是若要得到精度更高更为准确的分散情况便变得较为困难，同时也很难通过传统的实验方法测得液体分布器各个出孔的数据。

随着计算流体力学的发展，CFD（Computational Fluid Dynamics）方法以其在既无法做分析解而又难以实验确定的复杂问题上表现出具有成本低而又能模拟较复杂或较理想过程等优点而越发成为现今科学研究、产品设计等的重要手段[1]。

本文以某反应器的液体分布器为研究对象，采用CFD模拟的方法，对液体分布器进行了模拟研究，优化分布器结构参数，为反应器设计提供一定的指导作用。

值得一提的是，很多反应器都是液-液反应，因此本文对液体分布器的模拟优化研究具有普适意义。

1 液体分布器几何模型某反应器选用排管式液体分布器，其工艺尺寸如下：分配主管直径为200mm，布液支管直径为30mm，总支管2×13=26根，以中心支管为对称中心对称排列，间距为70.7mm，中心支管长430mm，其余长度分别为430/430/430/360/290/220 mm，小孔直径6 mm，孔间距为70.7 mm，按正方形排列，并且距器壁20mm的区域不布孔，主管的正下方开13个孔，布液管上开132个孔，分别为6/6/6/6/5/4/3，均开在下方，孔总数为145个。

中国粉体技术CHINA POWDER SCIENCE AND TECHNOLOGY第27卷第2期2021年3月Vol. 27 No. 2Mar. 2021文章编号：1008-5548 (2021 )02-0063-11 doi ：10.13732/j.issn.l008-5548.2021.02.009基于CFD-DPM 的旋风分离器结构设计优化彭丽，柳冠青，董方，石战胜(华电电力科学研究院有限公司多相流分离技术研究及应用中心，浙江杭州310030)摘要：采用计算流体力学离散颗粒模型(CFD-DPM),结合响应曲面法，通过系列正交实验，对旋风分离器结构进 行优化设计；考察旋风分离器的7个结构参数以及参数间的交互作用对其性能的影响。

结果表明：对压降和分离效率影响最显著的结构参数为排气管直径，然后分别是入口高度、入口宽度、旋风分离器长度、排气管插入深度；入口尺寸与排气管直径对压降的影响存在很强的交互作用；旋风分离器长度与排气管插入深度、入口宽度与排气管直 径、入口宽度与旋风分离器长度及排气管直径与旋风分离器长度对分离效率的影响存在较强的交互作用，其余因素影响不显著；通过对各结构参数的响应面进行优化，获得该旋风分离器在最小压降和最大分离效率时对应的几何结构 参数。

关键词：旋风分离器；响应曲面法；计算流体力学；两相流；模型优化中图分类号:TH31 文献标志码:AStructure optimization and design of cyclone separatorbased on CFD-DPMPENG Li , LIU Guanqing , DONG Fang , SHI Zhansheng(Research and Application Center of Multiphase Flow Separation Technology , Huadian Electric Power Research Institute Co., Ltd., Hangzhou 310030, China)Abstract : A series of orthographic experiments were designed to optimize and design the cyclone separator geometry by adoptingthe CFD-DPM (computational fluid dynamics-discrete particle model ) and the response surface method. The effect of sevencyclone geometrical parameters and their interactions on the performance were investigated. The results show that the most signifi ­cant geometrical parameter is the vortex finder diameter. Other factors of the inlet width , inlet height , total cyclone height , and vortex finder length have significant effects on the cyclone performance. In addition , there are strong interactions between theeffect of the inlet dimensions and the vortex finder diameter on the pressure drop. There are strong interactions between the effectof the vortex finder length and total cyclone height , inlet width and vortex finder diameter , inlet width and total cyclone height ,vortex finder diameter and total cyclone height on the separation efficiency. Finally, a new set of geometrical ratios are obtained toachieve minimum pressure drop maximum separation efficiency by optimization of the response surface of each index.Keywords : cyclone separator ； response surface method ； computational fluid dynamics ； two-phase flow ； model optimization旋风分离器是一种极其重要的颗粒分离设备，在火力发电、石油、化工、水泥、钢铁、冶金等工业领域应用广泛。

旋风分离器流场数值模拟及其涡结构识别梁绍青;王铖健【摘要】采用计算流体力学软件Fluent,基于非稳态雷诺应力湍流模型对旋流分离器流场进行了模拟,得到了旋流分离器内部切向速度和轴向速度分布,并与实验值进行对比;同时将Q判据应用于旋风分离器内漩涡结构的识别,比较了切向进口处两种不同网格结构对涡结构的影响.结果表明:非稳态的雷诺应力湍流模型模拟结果对切向速度进行很好的预测,几乎与实验一致,轴向速度与实验结果趋势一致,能够很好的预测轴向速度的“驼峰”结构;切向进口处的网格质量由于伪扩散对模拟结果有影响,需要进行优化;利用Q判据能够将旋风分离器内部的旋进涡及环形空间二次涡进行准确识别,在旋风分离器中心轴线附近及环形空间存在漩涡.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2014(039)0z1【总页数】5页(P262-266)【关键词】旋风分离器;RSM模型;伪扩散;Q判据【作者】梁绍青;王铖健【作者单位】东南大学总务处,江苏南京210000;中国矿业大学电力工程学院,江苏徐州221008【正文语种】中文【中图分类】TH237.5旋风分离器由于其结构简单、低价的优点,在电力、冶金等工业被广泛的使用。

虽然它的几何结构简单,但是描述其内部的三维强旋流动却比较困难。

随着CFD技术的发展,计算流体力学已经被广泛地应用到分离器的研究中。

Ma等[1]用RNG κ-ε模型模拟了分离器的三维流动。

赵新学等[2]用 RSM和DPM模型模拟了旋风分离器壁面的磨损情况。

由于旋流器内部为非稳态强旋流,所以用稳态模型无法对其流场进行很好的模拟。

Sujeet Kumar Shukla[3]的研究表明,如果用稳态求解器进行模拟,残差曲线无法得到收敛解,残差水平呈周期波动,所以本文采用非稳态方法模拟其内流场。

由于旋风分离器进口与筒体相切,绝大部分论文中都采用分区划分网格方法,这样能避免相切处尖锐网格的出现,提高了网格质量,但还没有对切向进口处网格的划分引起的伪扩散对模拟结果影响的研究,前人已经对切圆锅炉模拟中伪扩散的问题做了深入的研究[4-7],指出由网格引起的伪扩散对模拟结果的影响无法忽略,因此本文将对伪扩散对旋风分离器模拟结果的影响进行探讨。