基于RNG+k-ε模型的聚结器油相体积浓度场数值模拟.pdfVIP

维普资讯 大 庆 石 油 学 院 学 报 第 31卷 第 4期 2007年 8月 JOURNAIOFDAQtNG PETROIEUM INSTITUTE Vo1．31 No．4 Aug． 2007 基于 RNG 一8模型的聚结器 油相体积浓度场数值模拟 赵文欣 ，郭亚轩 ，董传 占。，张志永 (1．大庆石油学院 机械科学与工程学院，黑龙江 大庆 l63318； 2．大庆石油管理局 物探研 究所 ，黑龙江 大庆 l63357； 3．大庆油 田技术培训 中心 ，黑龙江 大庆 l63254； 4．大庆石油管理局 钻井二公司 ，黑龙江 大庆 163413) 摘 要 ：为优化聚结器结构 ，应用计算流体力学(CFD)方法，选用RNGk ￡模型 ，以S1MP1E算法为基础 ，对旋流式 和蛇形管式聚结器在湍流状态下的流体流动场进行数值模拟 ，得出 2种结构聚结器的油相体积浓度分布云图．数值模拟 结果表明，蛇形管式聚结器对油滴的兼并和聚结效果优于旋流式聚结器． 关 键 词 ：聚结器 ；数值模拟 ；RNG 一￡模型 中图分类号 ：TE992．2 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000～l89l(2007)04—0051—03 实现小油滴聚成大油滴的方式有动态搅拌式、填料式 、沉降式 、聚结式与填加化学药物等 ，其中聚结器 已成为油滴进行各种方式混合、碰撞及聚结兼并 的首选装置．常见的聚结器在其结构 内部需要填加填料 ， 且结构复杂，价格高．为研制新型聚结装置 ，设计 2种结构的聚结器形式 ，即旋流式和蛇形管式…聚结器． 结合计算流体力学 (CFD)方法 ，分析和对 比2种聚结器的内部流场 ，得 出其油相体积浓度分布云图，为掌 握聚结器内部油滴聚并规律和聚结器结构优化提供参考． 1 湍流计算模型 选用 RNGk一￡模型_2。]对旋流式和蛇形管式聚结器进行数值模拟．假设混合物不可压缩 ，流动为定 常 ；将混合物中的水作为连续相处理 ，油滴作为分散相处理 ，不同尺寸的油滴被看成不同的分散相颗粒相 ； 得到RNGk一￡模型在柱坐标系下的k方程和 ￡方程 ]． k方程 ： aK + aK 一 。 ， [(+ )]+ [(+)r筹]+5， ㈩ 式中：S 为湍动能k的源项 ，S一G--p~；G为由平均速度梯度引起的湍动能是的产生项 ， G一 2 ，3z )+ ()+ ()]+ (+警)+ (碧)。+ (+券)． ￡方程 ： + 3 一 z 1[(+ )]+ [(+ )r ， 式中：S 为耗散率 ￡的源项 ，S一 (cG—CJ0e)；：，，， 为柱坐标系下 3个方向的速度分量 ；P为流体密 度；x／为黏度；￡为湍动能耗散率 ； 和 为湍动能k与耗散率 ￡的湍流普朗特常数 ；文中 取为 1．0， 取 为 1．3；C ，C。为常数 ，均取为 0．09l4． 收稿 日期 ：2006一O9—05；审稿人 ：王尊策 ；编辑 ：任志平 基金项 目：黑龙江省科技攻关项 目(2005G1785—00) 作者简介 ：赵文欣(1969一)，男 ，硕士生 ，副教授 ，主要从事石油机械工程方面的研究 维普资讯 大 庆 石 油 学 院 学 报 第 31卷 2007年 2 数值解法 对于蛇形管式聚结器：几何模型总体高度 H=315mm，混合液进出 口管直径 d一35mm，采用左旋 流向；对于旋流式聚结器 ：取主直径 d：75mm 的单锥旋流器 ，出口管直径 d。一1