平行板油水沉降器中低雷诺数油滴运动模拟计算.pdfVIP

第36卷 第5期 化 工 机 械 459 平行板油水沉降器 中低雷诺数油滴运动模拟计算 倪玲英 何利 民 (中国石油大学) 摘 要 以平行板油水沉降器为研究对象，对平板内的水相采用层流模型，油相采用离散相模型，在考 虑边界影响、油滴为流体球和环境流3个因素影响及其协同作用条件下，建立 了其运动方程，模拟计算 分析了油滴在平板问的运动情况。结果表明，Poiseuille流场中油滴在有限空间的运移过程将受边界和 流场影响，并使其运动行为发生改变，油滴上浮时间明显增加 ，沿平板水平位移延长，油滴在平行板油水 器分离难度加大，其中边界的影响作用最大，而其次是 Poiseuille环境流。另外，当两相液体粘度差别不 大时，油滴内环流影响作用较弱，其三者协同作用不可忽视。 关键词 平行板油水沉降器 低雷诺数 运动模拟 中图分类号 TQ051．84 文献标识码 A 文章编号 0254-6094(2009)05-0459-05 目前生产实际中实现油水分离的主要方 问流场 内的运动情况，进行了平板间低雷诺数油 法——重力分离法，即利用水和油的密度不同，使 滴运动模拟计算分析，为优化分离器内部结构尺 水中分散悬浮的油滴浮升而将其分离。重力式分 寸提供理论依据。 离器结构简单、操作方便、运行稳定以及维护费用 1 低雷诺数运动的数学模型 低，这些优点也是重力式分离器应用比较广泛的 1．1 连续水相数学模型 一 个原因。但是，重力式分离器一般都体积庞大， 一般粘性流体流动均遵循质量守恒、动量守 且工作效率不高。从其发展趋势来看，通过引入 恒定律，在欧拉坐标系下连续水相控制方程… 各种的聚结填料和合理设计设备的结构尺寸，能 为： 够使分离设备向高效性、小型化方向发展。 连续方程 笔者是以目前生产实际中经常使用的平行板 ·=0 (1) 沉降器中液一液两相流动为研究对象，其中水为连 运动方程 续相、油为分散相，假设油相体积分数比较小时， ud+( ． ) ：厂一 p+l， z (2) 属于典型的稀疏悬浮流，由于油滴特性尺寸微小、 p ‘ 运动速度缓慢，其惯性力与粘性力相比可以忽略 1．2 无界流场中低雷诺数油滴运动方程 不计或只占次要地位，油滴特征雷诺数很小，其流 基于拉格朗 日方法采用颗粒轨道模型得瞬时 动为低雷诺数流。为了了解低雷诺数油滴在平板 的单油滴低雷诺数运动方程 为： 4 3 dU 4 3， 、 ， ， 2 3dU 6fzt0， dU(．r d．r … 了 Po—dt 一3仰 (p—PoJg。。 一 叩。口 一 J．-* jJ 式(3)左式为惯性力 F(J)，右式分别为重力、 F 之比为： s 。s阻力 ’，附加质量力 F ’与 Basse力 FI【)：F(。)：F(B)：F()_ ：1： ÷： 如 (4) F B【’ 若取问题的特征长度为 口，特征速度为 ， 3 9 一 。 特征时间为 a／U，则式 (3)中F”‘，Fm‘，F ‘与