重力分离器聚结构件数值模拟及优化研究

重力分离器聚结构件数值模拟及优化研究3张黎明33　何利民　　　　　王　涛　　　　　　吕宇玲　何兆洋(中国石油大学)　　　　　(中国海洋石油研究中心)　　　　　(中国石油大学)摘　要　使用Fluent数值模拟软件,采用标准k2ε湍流模型和多项混合算法对不同入口分散相粒径和不同构造聚结板的分离器内部流场进行了三维数值模拟,对比通过聚结板前后油水浓度分布以确定分离器有效处理分散相颗粒的粒径范围;同时在尺寸为<384mm×20mm×1800mm的分离器上更换4种不同材料与流道形状的聚结板进行了分离特性研究,得出了影响聚结板分离特性的因素和处理分散相粒径的范围,选出适于本分离器的聚结板;通过对比实验数据评价不同聚结板下分离器的聚结分离效率,提出了不同工况下选取聚结构件的依据。关键词　重力分离器　聚结板　数值模拟　分离特性中图分类号　TQ02812+3　　　文献标识码　A　　　文章编号　025426094(2008)0120017205　　随着油田开发进入后期以及聚合物驱采油的广泛应用,采出原油含水量大幅上升的同时含水原油物性也变得更为复杂,造成油水分离愈加困难。重力分离器是油田使用最为普遍的分离设备,但仅靠流体间的密度差进行重力沉降已经无法满足实际生产的要求[1]。60年代金属丝网波纹板填料和70年代金属孔板、波纹板填料出现,促使聚结板在油气水分离领域开始得到广泛应用[2]。Fluent数值模拟软件是现有应用最为常见和成熟的流型模拟软件,可准确有效地显示分离器内部流动特性以及流场分布情况,确定分离器的聚结分离效果[3]。1　数值模拟1.1　模型选取分离器内部的构件和流道一般比较复杂,流体在分离器内的流动通常属紊流[4],大量的紊流计算表明k2ε模型具有较好的计算稳定性、经济性和计算结构的准确性[5]。数值模拟采用标准k2ε模型,此模型由湍动能k的方程和湍动耗散率ε的方程组成[6],其表达式为:5(ρk)5t+5(ρkut)5xi=55xj[(μ+μtσk)]+Gk-ρε(1)　5(ρε)5t+5(ρεμt)5xi=55xj[(μ+μtσc)]+C1εεkGk-　　　　　　　　　C2ερε2k(2)式中μt为湍流粘性系数,Gk是平均梯度湍流动能,经Launder等的推荐值以及后来的实验验证,模型常数C1ε、C2ε、σk及σε的取值为:C1ε=1.44　C2ε=1.92