在简谐激励条件下建立了螺旋流道内锥型旋流分离器流固耦合模型,对不同激励频率和振 动幅值下的旋流分离器进行模拟分析,通过室内试验验证了结果的准确性,并给出内部流场的变化 情况和分离效率变化规律.结果表明：在低频（2-8. 5 Hz）激励下,频率对轴向速度和径向速度曲 线的形态变化和极值影响不大,但圆锥段径向速度的极值会随着振幅的增加而逐渐减小;在高频 （15-20 Hz）激励下,轴向速度和径向速度的曲线形态受到破坏.旋流分离器的分离效率在振幅保 持不变时,分离效率随频率增加呈先波形变化后直线下降的趋势;在频率保持不变时,分离效率随 振幅增加均呈下降趋势.在低频低振幅下,旋流分离器的分离效率高于静止状态.

一体化二次分离旋流器是在单体旋流器内部进行二次分离的一种新型旋流器。利用正交法,基于计算流体动力学软件,分别对一级溢流管长度、圆柱段长度、二级溢流管伸入长度、二级锥段角度、底流管长度等结构进行优选。设置油相体积分数为2%、油滴粒径为30μm的混合液作为研究介质。首先采用单一指标的方法找出分离效果最优的结构,然后将优选后的结构与初始结构进行了对比验证。此方法可为水力旋流器的结构参数优选提供参考。

为了提高水力旋流器的分离效果，提出了一种新型旋流分离装置。根据计算流体动力学方法，应用 Fluent 软件，以同向出流倒锥式旋流器为原型，模拟了一种新型旋流分离装置———聚结—旋流分离装置，并与同向出流倒锥式旋流器进行对比分析。优选出聚结—旋流分离装置的最佳入口流量、入口含油体积分数、切向水相出口分流比。

主要研究了一体化二次分离旋流器结构的初步设计,利用正交试验法,检验一级溢流口直径、二级溢流口直径、底流口直径对旋流器分离效果的影响。确定分离效率为正交试验中的指标,针对试验结果分别利用直观分析法和方差分析法进行分析,验证2种方法的一致性,并对因素进行了显著性检验,发现在研究范围内3种因素均对旋流器整体的分离效果无明显影响。

基于计算流体力学（CFD）软件Fluent中的雷诺应力模型（RSM）,对4种不同单向入口油水分离旋流器进行数值模拟分析,对比了4种结构的压力损失、湍流强度、切向速度和除油效果。结果表明,入口结构对油水分离旋流器的分离性能影响较大。在本研究范围内,收缩形入口旋流器（结构B）分离效率最低,为83.2%;螺旋线形入口旋流器（结构C）的分离效果最理想,可达到92%以上,且压力损失和能量消耗比渐开线形入口旋流器（结构D）的小。本文可对油水分离旋流器入口结构的设计和改进提供参考。

以常规双锥液-液分离水力旋流器的切向双入口结构为研究对象，利用计算流体动力学（CFD）方法，基于离散相模型（DPM），对离散相油滴在旋流入口处的不同入射位置点的运移轨迹进行分析。研究入射位置与油滴运移轨迹之间的规律，并依此对旋流入口进行分区。得出了常规双锥结构旋流器的双切向入口截面不同区域对油滴运移轨迹的影响规律。完成了决定离散相油滴被溢流捕获还是由底流逃逸的入口区域划分。并设计出一种可提高目标结构旋流器分离效率的新型入口结构。通过开展室内试验，对本文所设计新型入口结构进行了性能验证。

应用欧拉-拉格朗日方法，对双锥型液-液分离旋流器内不同入口速度条件下的分离性能进行数值模拟及试验，得出随着旋流场转速的逐渐增大，旋流分离效率逐渐升高。为研究旋流分离过程中不同流场转速对分离性能的影响因素，采用粒子成像测速技术（PIV）对旋流样机内部速度场进行测量试验，并采用高速摄像技术记录了变转速旋流场内离散相分离过程。结果表明：流场转速对旋流分离性能的影响除离心力外，还受到轴向截面上二次衍生涡流数量及分离过程中油核摆动幅度的影响；本文研究的旋流结构内随着流场雷诺数的增加，轴向截面上二次衍生涡流数量逐渐减少。当雷诺数Re≥2.51×105时，可以忽略轴向截面上二次衍生涡流对分离性能产生的不利影响；旋流分离过程中流场低转速旋转时油核摆动幅度较大，使离散相分离轨迹发生偏移，使旋流分...

目前,旋风分离器的结构优化主要局限于控制变量法的单因素优化,不能准确反映综合因素条件下旋风分离器的分离效率,且结构间的细微变化及交互性难以操控,很难进一步提高其分离效率。为解决此问题,以催化裂化装置中的一级旋风分离器为研究对象,提出了基于响应面法的参数优化方法。以对分离效率影响显著的锥管段倾斜角度α、排气管插入深度s和排气管直径De为设计变量,以分离效率和压降为目标函数,优化了旋风分离器的结构参数。结果表明:利用响应面优化法将旋风分离器的分离效率由原来84.3%提升到90.4%,并对比分析了优化前后的速度、压降、分级分离效率等;响应面优化法可从全局角度智能的对结构参数进行优化组合,缩短CAD建模及网格划分时间,并可实现多参数条件下交互性的同时优化,有效提高工作效率;通过数值模拟与试验证明优化后的旋风...

井下两相旋流分离器能够适应井筒内空间狭小的操作工况,实现油水两相在井下快速分离,具有分离速度快、效率高、结构简单等优点,有效解决大量产出水无效循环的难题。对大庆油田采出液不同含聚浓度样本进行流变特性分析,基于计算流体动力学软件FLUENT,采用雷诺应力模型(RSM),模拟分析了采出液黏度变化对井下两相分离旋流器速度场(切向速度、轴向速度、径向速度)、压力损失和油水两相分离效率的影响。结果表明:含聚浓度300-1100mg/L采出液在旋流器内的表观黏度约为2.5-35mPa·s,随黏度增加,切向速度降低,35mPa·s时,其最大值降幅16%;黏度对分离效率影响较大,9mPa·s时,油水分离效率急剧下降为47.9%。

基于响应面(Response Surface Methodology,RSM)方法,以同向出流水力旋器为研究对象,以结构参数为输入变量,以底流口含油浓度为响应目标,分析旋流器分离效率随各结构参数在一定范围内的变化情况。完成不同结构参数对旋流器分离性能影响的局部灵敏度分析,同时基于多项式模型构建结构参数与响应目标间的回归方程,进而拟合出最佳的结构参数及分离效率。采用方差分析方法对回归方程进行灵敏度及精度分析,同时加工旋流样机对模型预测出的最优结构进行室内试验验证。结果显示回归方程具有较高的精度及灵敏度,预测出的旋流结构分离效率为96.58%,比初始结构效率升高了4.45%,与试验结果一致。充分验证了所得回归方程以及预测结果的准确性。