柱型旋流器油水分离特性的数值模拟研究

油—水分离水力旋流器的试验研究及数值模拟的开题报告题目：油-水分离水力旋流器的试验研究及数值模拟分析一、研究背景及意义随着石油、化工、食品等行业的发展，油-水混合物的分离和净化成为一个非常重要的问题。

传统的油-水分离方法包括重力沉降法、离心法、过滤法等，但存在着设备大、工艺复杂、能耗高等缺陷。

水力旋流器作为一种简单、高效、低成本的分离设备，在油-水分离领域应用广泛。

因此，对水力旋流器进行试验研究及数值模拟分析，对于优化分离效果、提高分离效率、降低成本具有非常重要的意义。

二、研究内容本课题拟通过实验和数值模拟两种方法，研究水力旋流器对油-水混合物的分离效果和机理。

具体研究内容如下：1. 设计制作水力旋流器，并进行流场测试和性能评价。

2. 通过实验研究，探究水力旋流器对不同比例的油-水混合物的分离效果，并分析影响分离效果的主要因素。

3. 基于CFD软件，建立水力旋流器的数值模型，模拟旋流器内部流场，并分析油-水分离机理。

4. 对实验结果和数值模拟结果进行对比分析，验证数值模拟方法的可靠性和准确性。

三、研究方法与技术路线1. 实验方法：设计制作水力旋流器，使用模拟油-水混合物进行实验，以分离效率、分离效果与水力旋流器结构和操作参数的关系为主要研究内容，通过数据处理和统计分析，得出实验结果。

2. 数值模拟方法：利用CFD软件对水力旋流器进行数值分析，建立三维数值模型，采用VOF（Volume of Fluid）方法模拟油-水分离，并对分离效果、分离机理等进行分析。

3. 技术路线：（1）设计制作水力旋流器；（2）进行流场测试和性能评价；（3）通过实验研究探究水力旋流器对油-水混合物的分离效果；（4）建立数值模型，开展CFD数值模拟并进行数值仿真；（5）对实验结果和数值模拟结果进行对比分析。

四、预期成果1. 设计制作出一种较为理想的水力旋流器。

2. 明确水力旋流器对油-水混合物的分离机理，探究主要影响因素。

水力旋流器油-水分离性能数值模拟王军;陈宁【摘要】本文对两种不同入口型式的水力旋流器的流场进行了数值模拟,湍流模型采用雷诺应力模型,并结合油-水两相流MIXTURE混合模型进行分析,得出:单入口旋流器流场切向速度、轴向速度呈偏心分布,而切向双入口型式的旋流器流场分布对称性明显优于单入口型式;切向双入口旋流器在油-水两相分离时,油相浓度沿着径向方向变化率更大,且更易于向中心区汇聚,利于分离,分离效率要高于单入口旋流器;实验结果证明了模拟结果的正确性.【期刊名称】《机电设备》【年(卷),期】2014(031)002【总页数】5页(P14-18)【关键词】水力旋流器;雷诺应力模型;两相流【作者】王军;陈宁【作者单位】江苏科技大学能源与动力工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学能源与动力工程学院,江苏镇江212003【正文语种】中文【中图分类】TD928水力旋流器是一种利用产生的切向高速旋流场对流体进行分离、分级、筛选的设备，它结构简单，可广泛用于石油、化工、环保等行业，近年来，在船舶舱底水的油-水分离中也逐步开始应用。

水力旋流器的内部流场是一种强湍流流动，这种强湍流场一方面会造成被分离相随湍流无序扩散，降低了分离性能，另一方面也使得旋流分离的能耗增大。

本文应用fluent软件，结合雷诺应力模型[1]和多相流分析方法，对切向单、双入口型旋流器用于油-水两相分离进行了数值模拟，并采用实验验证了模拟结果。

旋流器内的流场是一种高雷诺数（可达 105-108量级[2,3]）、强旋流流动，湍流粘性系数呈各向异性[4,5]。

由于强旋流场中的流线呈高速旋转、弯曲，且变化迅速等特点，标准的k−模型已不能准确描述内部流场特征，由于雷诺应力湍流模型增加了湍动能和湍动能耗散率并考虑到了湍流粘度的各项异性，使复杂强旋流场的模拟结果具有更高的预测精度。

对不可压缩介质的雷诺应力模型所对应的方程包括[6]：连续性方程：运动方程：式中，Ui为时均速度；gi为重力加速度分量；P为压力；t为时间；u'为脉动速度；xi为笛卡尔坐标分量；ρ为密度；μ为粘度。

2018年第46卷第3期石油机械CHINA PETROLEUM MACHINERY—57 —◄油气田开发工程►柱状旋流器在油水分离领域的研究进展杨兆铭何利民罗小明吕宇玲韩云蕊(中国石油大学（华东）山东省油气储运安全省级重点实验室）摘要：柱状旋流器在油水预分离工艺中有着巨大的发展潜力。

在对国内外的研究现状及相关 文献广泛调研的基础之上，对柱状旋流器技术的发展现状、目前已有设备的主要形式及参数、装 置内部旋流流场、影响柱状旋流器分离效率因素以及该技术在油水分离领域的发展趋势进行了分 析。

分析结果表明：针对柱状旋流器内部流场中压力以及速度的规律探究已经较为成熟；柱状旋 流器入口结构、入口位置、长径比等结构参数以及溢流比、加速度比等操作参数对其分离效率有 着显著影响。

最后提出了柱状旋流器在油水分离领域的发展建议。

关键词：柱状旋流器；油水分离；结构参数；操作参数；研究进展中图分类号：TE992 文献标识码：A doi:10. 16082/ki.issn. 1001-4578.2018.03.011 Research Progress of Liquid-liquid Cylindrical Cyclonefor Oil-water SeparationYang Zhaoming He Limin Luo Xiaoming Lii Yuling Han Yunrui (Shandong Province Key Laboratory o f Oil and Gas Storage and Transportation Safety, China University of Petroleum( Hua-d〇n g))Abstract ：The liquid-liquid cylindrical cyclone(LLCC)has great potential in oil-water pre-separation process.Based on the analysis of research status and extensive related literatures,discussions have been made on the present LLCC development situation,the main patterns and parameters of the current equipment,the internal flow field analysis of the device,the factors that impact the separation efficiency and the technology development trend in the field of oil and water separation.The results show that the studies on the pressure and velocity in the flow field inside the LLCC is relatively mature.The LLCC9s structural parameters,including the inlet structure, the inlet position and the length-diameter ratio as well as the operation parameters such as the overflow ratio and the acceleration ratio,have a significant impact on separation efficiency.Finally,the development recommendation of LLCC in the field of oil-water separation has been proposed.Keywords：liquid-liquid cylindrical cyclone；oil-water separation；structural parameters；operating parame­ters；research progress0引百随着油田的大规模开采，采出油中水含量日益 增高，这对油、气、水的多相混输以及分离技术提 出了更高的挑战[1]，而节约油田采出的高含水原 油在输送过程中所需能耗，以及简化对于游离水的处理工艺使得油田的预分水工艺日趋重要。

武汉工程大学学报第37卷0引言水力旋流分离器广泛应用于化工、石油、选矿、环保、制药、食品、轻工等领域，其中固－液旋流器发展较早，技术也相对成熟［1］.液－液旋流器在最近10多年才用作于海上油气平台的油－水分离装置［2］.利用油－水等两相互不相溶物质的密度差和水力旋流器内部强烈的回旋流产生的离心力，使油水发生分离.Thew ［3］和Caldenty ［4］研究了液－液分离过程和液－固分离的不同之处，发现由于液体之间的密度差较小，液－液分离较固－液分离困难，因此对液－液旋流器的结构研究显得格外重要.近年来，许多学者对分离器的结构进行了研究，通过优化入口形式［5］、锥角［2］以及溢流口［6］等方式提高油水旋流器的分离效率，但对圆柱段结构的研究相对较少.本文将以圆柱段长度为出发点，通过数值模拟的方法，研究圆柱段长度对旋流分离器的性能影响.1物理模型与计算模型1．1物理模型图1为油－水旋流器的物理模型，基准模型采用的是Martin Thew 的液－液旋流器.模型为对称双入口形式，因此具有良好的流场稳定性和对称性.其基准尺寸为大小锥结合处直径D ，大锥段锥角α为20°，小锥段锥角β为1．5°.圆柱段长度L c 的标准长度为2D ，本文基于改变L c 长度进而分析油－水旋流分离的分离性能.1．2计算模型由于旋流器的非稳态不可压缩流动特征，因此采用适于流线强烈弯曲和旋转三维流动的雷诺应力模型（RSM ）［7］.坠坠t （ρu ′i u ′j ）＋坠坠XK（ρu ′i u ′j ）＝D ij ＋P ij ＋Πij ＋εij （1）式（1）中D ij 、P ij 、Πij 、εij 分别为扩散项、产生项、压力应变项和耗散项，分别表示如下：第37卷第1期文章编号：1674－2869（2015）01－0020－05武汉工程大学学报J.Wuhan Inst.Tech.Vol.37No.1Jan.20152015年1月收稿日期：2014－06－13基金项目：湖北省自然科学基金项目（2012FFB04707）；武汉工程大学科学研究基金项目（K201414）；武汉工程大学研究生教育创新基金项目（CX2013080）作者简介：郑小涛（1982－），男，湖北武汉人，副教授，博士.研究方向：结构完整性、流体设备以及传热与传质.圆柱段长度对水力旋流分离性能的影响郑小涛1，龚程1，徐红波2，喻九阳1，林纬1，徐成11．化工装备强化与本质安全湖北省重点实验室（武汉工程大学），湖北武汉430205；2．广州民航职业技术学院飞机维修工程学院，广东广州510470摘要：采用Fluent 软件对以Martin Thew 液－液旋流器为基础的不同圆柱段长度模型进行了数值模拟，对比分析了分离效率、压力降、速度分布及流场，研究了圆柱段长度对旋流器的分离性能的影响.结果表明：随着圆柱段长度的减少，分离效率呈线性增长，但当圆柱段长度趋近于0时，分离效率反而下降；底流口和溢流口的压力降随着圆柱段长度的减少而增大；随着圆柱段长度的减少，大锥段和小锥段处的切向速度和轴向速度逐渐增大，循环流区域逐渐减小；当无圆柱段时，循环流区域完全消失.关键词：旋流分离器；油－水分离；圆柱段；数值模拟中图分类号：T E991.2文献标识码：Adoi ：10.3969/j.issn.1674-2869.2015.01.005图1Martin Thew 液－液旋流器模型图Fig．1The model of Martin Thew ’s liquid－liquid hydrocyclone第1期图2网格划分图Fig．2Generated mesh for hydrocyclone simulationD ij =坠坠X K（μt 坠K 坠u ′i u ′j坠XK）（2）P ij =-(u ′i u ′K坠U j 坠X K)+u ′i u ′K 坠U j坠XK（3）Πij =-C 1εa ij +C 2ε(a ik a kj -13a kj a ki δij )+C 3kS ij +C 4k (a ik -S jk +a jk S jk +a jk S jk -23a kj a ki δij )+C 5(a ik W jk +a jk W ik )（4）压力应变项包括了雷诺应力的各向异性张量的二次方项，式（4）中：C 1=3.4+1.8P KK /ε;C 2=4.2;C 3=45-1.3Π12q ;C 4=1.35;C 5=0.4;a ij =u ′i u ′j 2k -13δij ;Πa =a ij a ji ;S ij =12(坠U i 坠X j +坠U j 坠X i );W ij =12(坠U i 坠X j -坠U j坠X i)多相流模型选择的是适用于强烈耦合的各向同性多相流模型Mixture 模型［8］.对流项离散格式选择的是在复杂网格条件下具有良好收敛性的二阶迎风格式，压力插补格式采用的是PRESTO 格式，压力－速度耦合算法采用的Simple 算法.1．3边界条件与数据处理入口采用速度入口，入口含油率为5％，油的密度为850kg ／m 3，黏度为3．32cP ；溢流口和底流口均为充分发展outflow ，其流量比分别为15％和85％；壁面采用无滑移条件.分离效率：E ＝1-αu ／αin其中；αu 为底流口含油溶度；αin 为入口含油浓度.底流口压降：ΔP u ＝P i -P u 溢流口压降：ΔP o ＝P i -P o其中：P i 为入口压力；P u 为底流口压力；P o 为溢流口压力.2数值模拟计算2．1网格划分与独立性验算网格采用gambit2．4．6进行划分，由于旋流器结构细长，且不同部位结构尺寸差距较大，因此采用分区划分.以溢流口、入口段、圆柱段和大锥段、小锥段和底流管四个区域，采用六面体非结构网格，图2为网格划分整体图.为保证计算结果准确性，对网格进行独立性验证，验证模型初始条件采用Belaidi and Thew ［9－10］的实验数据和结果，分别在3种不同密度网格下，不同粒径油滴的分离效率与实验数据作对比.图3为网格独立性验证图，由图3可知，在网格数量为58万时，计算结果与实验数据较接近，而当网格数量进一步加大到95万时，分离效率变化不大，且误差控制在10％以内，计算结果有效.2．2数值模拟结果分别将圆柱段长度L c 为2D 、1．5D 、D 、0．5D 、0五种油水旋流器的模型导入FLUENT 中，以油滴粒径为30μm 和入口速度分别为4m /s 、5m /s 、6m /s 进行计算，最终得到不同圆柱段长度油水旋流器的分离效率和压力降.图4为不同圆柱段长度下的分离效率对比图，结果表明，分离效率随圆柱段缩短呈线性增长，在L c ＝0．5D 时达到最大.当L c 进一步减小到0，即无圆柱段时，分离效率基本无较大变化，并在入口速度为4m /s 时呈下降趋势.图3网格独立性验证Fig．3The independence verify of grid图4不同圆柱段长度分离效率对比图Fig.4De-oiling hydrocyclone separation efficiency ofdifferent length of cylindrical section郑小涛，等：圆柱段长度对水力旋流分离性能的影响21武汉工程大学学报第37卷图7Y ＝-30mm 平面处切向速度对比图Fig．7Comparison of tangential velocity between differencelength of cylindrical section in Y ＝－30mm图8Y ＝-80mm 平面处切向速度对比图Fig．8Comparison of tangential velocity between differentlength of cylindrical section in Y ＝－80mm图5和图6分别为不同圆柱段长度下底流口压降和溢流口压降对比图，结果表明，随着圆柱段长度变化，溢流口和底流口的压力降变化趋势基本一致.当圆柱段长度减小，压力降增大；当去除圆柱段时，压力降有所增加，但幅度较小.3结果分析3．1速度分布旋流器以Y 轴为中心轴，大锥段与圆柱段结合处为Y ＝0截面.图7和图8分别为Y ＝－30mm 和Y ＝－80mm （大锥段中间和小锥段上端）截面处的不同圆柱段长度的切向速度分布图.由图7和图8可知，不同圆柱段长度旋流器的近壁面和内旋流区域的流体切向速度相差不大，而在外旋流区域，切向速度随着圆柱段的减少而增大，在主分离区域提供较大的离心力，增加油水旋流器的分离效率.图9和图10分别为Y ＝-30mm 和Y ＝-80mm 截面处的轴向速度分布图，由图9和图10可知，随圆柱段长度减小，外旋流区域的轴向速度变化不大，而内旋流区域轴向速度随圆柱段长度的减小而增大.图5不同圆柱段长度底流口压降对比图Fig.5The underflow mouth pressure drop of differentlength of cylindrical section图9Y ＝－30mm 平面处轴向速度对比图Fig．9Comparison of axial velocity between differentlength of cylindrical section in Y ＝－30mm图10Y ＝－30mm 平面处轴向速度对比图Fig．10Comparison of axial velocity between differentlength of cylindrical section in Y ＝－80mm图6不同圆柱段长度溢流口压降对比图Fig．6The outflow mouth pressure drop of differentlength of cylindrical section22第1期图13大小锥结合处湍动能耗散分布Fig．13The turbulent dissipation rate in the connection of the big and small cone sections of different length ofcylindrical section3．2流场分布分析图11为不同圆柱段长度下的流场分布图，随圆柱段长度的减小，旋流器圆柱段和大锥段区域的循环流区域逐渐减小，且涡流核心向下迁移，在L c ＝0时，循环流消失.循环流会影响油滴向内旋流迁移，并随循环流区域的增大，旋流器的分离效率会降低［11］.因此，随圆柱段长度的减小，其油水旋流器的分离效率增大.3．3湍流分析图12为5种圆柱段长度下的湍流强度分布云图，由图12可知，因圆柱段和大锥段的中心区域循环流的改善，随圆柱段长度的减小，其湍流强度减小.而在大小锥结合处，湍流强度随着L c 的减小而增大，且此区域的湍流强度达到最大.图13为大小锥结合处的湍动能耗散率分布图，前文所知，随圆柱段减小，底流口和溢流口的压力降反而上升的结论和一般低雷诺数下的圆管流动规律相背离.然而从图13可看出随着圆柱段长度减小，其湍动能耗散率增大.由湍流强度分布和湍动能耗散率的分布可解释随圆柱段长度的减小，其底流口和溢流口的压降增加的现象.4结语通过对不同长度的油水旋流器进行数值模拟研究，结果表明：a．随着圆柱段长度的减小，其分离效率呈线性增长，但去除圆柱段后分离效率无变化，并呈减小趋势；底流口和溢流口的压降随着L c 的减小而增大.b．随着圆柱段长度减小，在其大锥段和小锥段处的切向速度和轴向速度逐渐增大，循环流区域逐渐减小，并在去除圆柱段后完全消失，从而提高了分离效率.c．圆柱段减小后，其大小锥结合处湍流强度增大，且其湍动能耗散率也随着L c 的较小而增大，解释了随着圆柱段减小其底流口和溢流口的压降增大的现象.致谢本文研究工作得到了湖北省自然科学基金项目（2012FFB04707）、武汉工程大学科学研究基金项目（K201414）和武汉工程大学研究生教育创新基金项目（CX2013080）的资助，在此一并表示衷心感谢.参考文献：［1］赵国庆，张明贤．水力旋流器分离技术［M ］．北京：化学工业出版社，2003．ZHAO Guo －qing ，ZHANG Ming －xian．Hydrocyclone separation technology ［M ］．Chemical Industry Press ，2003．（in Chinese ）［2］郑小涛，徐成，喻九阳，等．液－液旋流分离器分离特性数值模拟［J ］．武汉工程大学学报，2014，36（3）：48－52．ZHENG Xiao －tao ，XU Cheng ，YU Jiu －yang ，et al．图12不同圆柱段长度湍流强度分布图Fig．12Comparison of turbulence intensity betweendifferent length of cylindrical section图11不同圆柱段长度下流场对比图Fig．11Comparison of flow field between differentlength of cylindrical section郑小涛，等：圆柱段长度对水力旋流分离性能的影响23武汉工程大学学报第37卷Influence of cylinder section length on separation performance ofhydrocycloneZHENG Xiao－tao 1，GONG Cheng 1，XU Hong－bo 2，YU Jiu－yang 1，LIN Wei 1，XU Cheng 11．Hubei Key Laboratory of Chemical Equipment Intensification and Intrinsic Safety （Wuhan Institute of T echnology ），Wuhan430205，China ；2．Department of Aircraft Maintenance and Engineering ，Guangzhou Civil Aviation College ，Guangzhou 510470，ChinaAbstract ：The Fluent software was adopted to simulate the models of different lengths of the cylinder section which were designed based on the Martin Thew＇s hydrocyclone．The comparative study of the separation effi-ciency ，pressure drop ，velocity distribution and flow field in hydrocyclones was carried out to research the influence of the cylinder section length on the separation performance of hydrocyclone．The results show that the separation efficiency increases linearly as the length of the cylindrical section reduces ，but the separation efficiency reduces when the length of the cylindrical approaches to zero ；the pressure drop of the bottom out-flow and overflow increases with the length of the cylindrical section decreasing ；the tangential velocity and the axial velocity in big and small conic sections increase gradually and the area of circulation flow decreases as the length of cylindrical section decreases ，and the area of circulation flow disappears when no cylindrical section exists．Keywords ：hydrocyclone ；oil－water separation ；cylindrical section ；numerical simulationNumerical simulation of separation character in liquid－liquid hydrocyclone ［J ］．Journal of Wuhan Institute of Technology ，2014，36（3）：48-52．（in Chinese ）．［3］Thew M T．Hydrocyclone redesign for liquid –liquidseparation ［J ］．ChemEng ，1986（427）：17–23．［4］Caldentey J C．A mechanistic model for liquid hydrocy-clone （LHC ）［D ］．The University of Tuls ，2000．［5］艾志久，贺会群，牛贵锋，等．油水旋流分离器入口结构优化研究［J ］．石油机械，2007，35（1）：5-8．AI Zhi-jiu ，HE Hui-qun ，NIU Gui-feng ，et al．Opti-mization research the inlet structure of de-oiling hydro-cyclone ［J ］．Petroleum Machinery ，2007，35（1）：5-8．（in Chinese ）［6］许妍霞．水力旋流分离过程数值模拟与分析［D ］．华东理工大学，2012．XU Yan-xia．Numerical Simulation and Analysis of the Separation Process in the Hydrocyclone ［D ］．East Chi-na University of Science and Technol ogy ，2012．（in Chinese ）［7］王海刚，刘石．不同湍流模型在旋风分离器三维数值模拟中的应用和比较［J ］．热能动力工程，2003，18（4）：337-342．WANG Hai-gang ，LIU Shi．Application and comparison of different turbulence models in the three –dimen-sional numerical simulation of cyclone separators ［J ］．Journal of Engineering Thermal En ergy and Power ，2003，18（4）：337-342．（in Chinese ）［8］Grady SA ，Wesson GD ，Abdullah M ，Kalu EE．Predic-tion of 10-mm hydrocyclone separation efficiency using computational fluid dynamics ［J ］．Filtr ，2003，40（9）：41–46．［9］Belaidi A ，Thew M T．The effect of oil and gas contenton the controllability and separation in a de-oiling hy-drocyclone ［J ］．Chem Eng Res Des ,2003，81（3）：305–314．［10］Belaidi A ，Thew M T ，Munaweera S J．Hydrocycloneperformance with complex oil –water emulsions in the feed ［J ］．Chem．Eng．2003（81）：1159–1170．［11］Noroozi S ，Hashemabadi S．H．CFD analysis of inletchamber body profile effects on de-oiling hydrocyclone efficiency ［J ］．Chemical E ngineering R esearch and D esign ，2011，8（9）：968–977．本文编辑：陈小平24。

柱状气液旋流分离器数值模拟柱状气液旋流器具有体积小、处理能力大、有效分离小体积气泡、分离速度快、分离效果稳定等优点，具有广阔的应用前景。

根据油气田采出液的特点，确定旋流分离方案，检测分离气体效果。

采用混合模型对多相流动进行处理，得出了气液两相流场的分布规律和分离特性。

本文以常规气液分离器为研究对象，进行计算仿真。

利用CFD方法，采用流体力学分析软件FLUENT对分离器内部流场进行了研究和分析。

离心式气液分离器是依据离心分离原理实现相间的分离，具有结构简单、能耗低、重量轻、应用方便等优点。

旋流分离器作为一种新型的净化处理装置，其结构简单、分离效率高、处理量大、经济效益好，成为气- 液两相分离研究的新课题和新热点。

文中用流体动力学软件Fluent对旋流分离器内部流场进行了数值模拟研究，在模拟过程中，采用k-epsilon（2eqn）方程来模拟气相旋流流动。

模拟结果表明，旋流分离器内部流场呈旋转分布，分为内、外两个流场，在不同流动区域，气体压力场、速度场分布成规则变化；液滴的运动较为复杂，带有随机性；总体运动轨迹的形状与气相流场的分布趋于一致。

1 几何模型数值模拟采用的气液旋流分离器模型如图1所示，轴向筒长1.6m（不包括两端的出口长度），入口直径60mm，气体出口直径60mm，液体出口直径60mm，分离器主体筒径为300mm。

图1 重力式旋流分离器实体模型图2 旋流器网格图2 数学模型的建立及基本方程为了建模需要，对分离器内部流场进行了理想简化，做出如下假设：①理想边界假设：认为分离器内腔壁是物理意义上的光滑无粘壁，即粘度系数为零。

②稳定性假设：在分离器工作过程中流态为定常流。

③动量守恒假设：在流体流动过程中流体瞬时的角动量守恒。

④分散向粒子模型：假定气体均为球状，并在旋流分离的过程中不发生破碎。

⑤相混合假设：假定流体在入口处分散相均匀分布于连续相液体中。

并在分散相粒 子浓度低于10%时，忽略分散相粒子间力的作用。

数值模拟在旋流器操作性能研究中的应用近年来，随着计算机科学的发展，在各个领域的应用不断扩大，数值模拟在流体力学研究领域中也得到了广泛的应用。

旋流器更是典型的受激流的重要学科，它的操作性能影响着整个流动系统的效率。

因此，基于数值模拟的旋流器操作性能研究为流体力学领域提供了一种重要的方法，也为人们更好地了解和控制旋流器操作性能提供了帮助。

旋流器是一种重要的流体力学装置，它利用旋流动态创造围压，以便传输能量。

相比于其他流体动力装置，旋流器具有安全可靠、运转操作简单、效率高、结构紧凑、能耗低等优点，因此得到了广泛的应用。

然而，旋流器的操作性能受到许多因素的影响，如流量、压力、温度等，它们对旋流器的性能有着重要的影响。

因此，深入了解旋流器的操作性能及其影响因素，对提高旋流器的工作效率具有重要意义。

传统的研究方法，如试验测试和理论计算，受到试验环境和参数精度的限制，有时很难得到满意的结果，更不用说预测流体力学系统的性能。

数值模拟技术可以解决这些问题，因为它不仅可以精确计算出流体动力系统的运行性能，还能够在一定范围内改变参数，预测不同参数情况下流体力学性能的变化趋势。

相关研究表明，基于数值模拟的研究方法可以很好地研究旋流器的操作性能。

由于数值模拟技术可以实现对复杂流体力学过程的模拟，可以更好地了解旋流器操作性能及其影响控制。

为此，我们基于数值模拟技术，通过改变流量、压力和温度等参数来模拟旋流器的操作性能，提出了一种新的模拟方法多态形态模拟技术。

该技术主要使用多态形态数据结构来表示流体动力系统中的有限元模型，从而在对旋流器操作性能的模拟中实现非常高的准确性和可靠性。

此外，我们还利用可视化技术，对旋流器的流场和压力场进行分析，以便更精确地了解旋流器操作性能，找出旋流器性能优化的潜在途径。

值得一提的是，我们研究发现，改变流量和压力是提高旋流器性能最有效的方法。

以上，我们基于数值模拟技术，对旋流器操作性能进行了深入的研究，从而得出以下结论：1、基于数值模拟的研究技术可以有效地模拟旋流器的操作性能，实现对流体动力系统的完整模拟；2、可视化技术可以有效分析旋流器的性能，帮助我们了解旋流器的操作性能和控制；3、改变流量和压力是提高旋流器性能最有效的方法。

引文：罗佳琪，宋扬，张洪政，等．FPSO油-水旋流分离器模拟分析及应用研究*[J]．石油石化节能与计量，2023，13（12）：1-6.LUO Jiaqi，SONG Yang，ZHANG Hongzheng，et al．Research on the simulation analysis and application of FPSO oil-water swirl separator*[J]．Energy Conservation and Measurement in Petroleum&Petrochemical Industry，2023，13（12）：1-6.FPSO油-水旋流分离器模拟分析及应用研究*罗佳琪1宋扬1张洪政1乔英云2（1.南通中远海运船务工程有限公司/启东中远海运海洋工程有限公司；2.中国石油大学（华东）化学化工学院）摘要：旋流分离器因其紧凑高效在海上平台污水处理单元中被广泛应用。

基于巴西某海上油田的污水实况，根据该油田FPSO的污水处理工艺及设计特点，通过对比分析常见的几种含油污水处理方法，并运用FLUENT软件，建立油-水旋流器几何模型，研究旋流分离器内部流场分布特性，综合分析分离性能随来液流速的变化规律。

根据运行工况，当旋流器入口流速为3m/s时，分离效率低于70%，分离效果不理想；当入口流速为7m/s时，分离效率高于90%，分离后污水含油质量浓度低于100mg/L。

流速过高时，分离效率下降，这是由于流速过大，导致油滴破裂，甚至加剧乳化。

这一规律可为今后海上平台污水处理工艺设计提供参考。

在实际运用时，应根据油田污水性质、实际环境要求、油滴变形破裂及能耗，选择合适的处理工艺及最优的入口流速。

关键词：FPSO；污水处理工艺；旋流分离器；油水分离；入口流速DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2023.12.001Research on the simulation analysis and application of FPSO oil-water swirl separator*LUO Jiaqi1，SONG Yang1，ZHANG Hongzheng1，QIAO Yingyun21COSCO Shipping Shipyard&Engineering Co．，Ltd.（Nantong）/COSCO Shipping OffshoreEngineering Co．，Ltd．（Qidong）2Chemistry and Chemical Engineering，China University of Petroleum（East China）Abstract：The swirl separators have been widely used in offshore platform sewage treatment units be-cause of their compact efficiency．Based on the sewage situation of an offshore oilfield in Brazil，ac-cording to the sewage treatment process and design characteristics of the FPSO in oilfield，the geomet-ric model of oil-water swirl separator is established by comparing and analyzing several common oily sewage treatment methods and using the software of FLUENT．In addition，through studying the in-ternal distribution characteristics of swirl separator，the separation performance with the flow rate of in-coming liquid is analyzed comprehensively．According to the operating conditions，when the inlet flow rate of the cyclone is3m/s，the separation efficiency is less than70%，and the separation effect is not ideal．When the inlet flow rate is7m/s，the separation efficiency is higher than90%，and the oil content of the separated sewage is less than100mg/L．When the flow rate is too high，the separation efficiency will be decreased，which is because the flow rate is too large，resulting in oil droplet rup-ture，and even intensified emulsification．The rule will be provided reference for the future design of offshore platform sewage treatment process．In the actual application，the appropriate treatment pro-cess and optimized inlet flow rate should be selected according to the properties of sewage，actual envi-ronmental requirements，oil droplet rupture deformation and energy consumption．Keywords：FPSO；sewage treatment process；swirl separator；oil-water separation；inlet flow rate第一作者简介：罗佳琪，硕士研究生，2021年毕业于西南石油大学（油气储运工程专业），从事FPSO工艺设计，，1号，226200。