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基于正交试验的双锥旋流器结构设计及优化

内容来源:机械设计与制造工程杂志      浏览次数:510      更新时间:2017-08-29

                           基于正交试验的双锥旋流器结构设计及优化
                                                          李〓枫,徐子涵
                                  (东北石油大学机械科学与工程学院, 黑龙江 大庆〓163318)

    在油田开发过程中,对于含油污泥的排放和处理一直困扰着各大油田。如果含油污泥处理不当,将会对环境造成污染。含油污泥中的泥粒径非常细小,粒径中值在50μm以下,且其与水的密度差较小,分离难度较大。与普通的单锥旋流器相比,双锥旋流器能够有效地减小分离粒度及压力降,提高分离效率,同时能够有效地解决底流口堵塞的问题[1]。因此,本文针对含油污泥的处理进行研究,在原有旋流器模型的基础上,利用计算流体动力学(CFD)软件模拟,设计与优化出能够高效分离细颗粒污泥的双锥旋流器。

    旋流器原始模型参照东北石油大学旋流机械实验室的主直径为60mm的双锥旋流器,如图1所示。由于本文的研究目的是解决油田开发中含油污泥的排放给环境带来的污染问题,因此双锥旋流器底流口处的固相分离效率可作为旋流器优劣的评判标准。通过查阅大量的文献,对比实验数据后发现:旋流器的入口直径大小决定处理量和分离粒度;上锥段采用大锥角,可以提高旋流器内的切向速度;下锥段采用小锥角,能够有效提高分离时间[2];细颗粒分离的底流口流量要小于溢流口的流量,因此底流口直径应当小于溢流口直径。基于上述分析,发现决定分离装置分离效果的因素有很多,为了提高工作效率,决定采用正交试验进行模拟分析。本次正交试验对于双锥旋流器结构参数的优选见表1。其中,A,B,C,D,E分别代表5个结构的因素,每个因素下分3个水平。


通过查L18(37)正交表可知,正交表的前五列作为试验设计方案,第六与第七列作为误差分析列,18组结构参数组合方案见表2,并利用计算流体动力学软件进行数值模拟分析[3]。
从指标yi效率可以直接看出,试验9号因素水平A3B3C1D3E2方案的分离效率最高,达到了94.20%,即当入口直径为13mm、上锥段角度为20°、下锥段角度为3°、接口直径为40mm、底流口直径为10mm时,分离装置底流口处固相的分离效率最高。


作者简介:李枫(1969—),男,山东潍坊人,东北石油大学教授,博士,主要研究方向为油田水处理技术及不互溶介质多相分离技术。



基金项目:江苏省自然科学基金资助项目(BK20130941)
作者简介:李静(1991—),女,江苏盐城人,南京工业大学硕士研究生,主要研究方向为车辆工程。


(文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289)

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