【《油水分离罐的流场数值模拟分析案例》2600字】

油水分离罐的流场数值模拟分析案例目录TOC\o"1-2"\h\u18737油水分离罐的流场数值模拟分析案例 22318291.1分离罐内重力油水分离过程的基本假设和控制方程 2261781.2分离罐模型的简化与假设 24307221.3分离罐的计算模型 2414651.4计算结果和云图的分析 26随着计算流体力学的发展和应用逐渐成熟，针对各类实际工业生产和研究型实验中的复杂情况，合理地运用Fluent软件进行模拟和仿真也成为常见的方法之一。本章对前文所述的自动排水控制系统中的实验部分——分离罐，使用Fluent软件对其中的油水混合液所进行的分离和排水的整个过程进行模拟，从而既可以验证本文所设计的分离罐，其基于静压强原理对油水混合液进行分离和排水的可行性；同时也可以在模拟的过程中设置一个唯一变量——不同的出水孔孔径，基于此变量做几组对比实验并进行研究和分析。2、1）1.1分离罐内重力油水分离过程的基本假设和控制方程油水混合液在沉降罐内进行分离时，油相和水相均看作连续且不可压缩的流体，流体的流动近似是定常流动，考虑到油水分离过程是以一级沉降罐的工作工况为基础的，看作是在定温下进行油水分离，各相处于热平衡状态，故将分离过程看成是绝热过程[49]。油水分离流动的控制方程包括连续性方程和动量方程。对一般流体，质量守恒方程(massconservationequation)又称连续性方程[47-49]：（3-1）对不可压缩流体ρ=const，连续性方程可变为：∂ux∂x+(3-3)(3-4)(3-5)式中，Sux、Suy、Suz为广义源项，Sux=ρfx式中，μ为动力粘度,Pa∙s；λ为第二粘度，Pa∙s，通常取为-2/3。对于不可压缩流体，若其粘度为常数，Sx∂(ρux∂(ρuy∂(ρuz经检测，本次实验分离罐内的油水混合液在完成分离后有明显分层现象且油水界面层清晰。VOF模型是在固定的欧拉网格中应用表面跟踪技术的一种模型，主要用来求解两种或两种以上不互溶且在流体之间存在明显分界面情况的介质。分类罐内的流体为油水混合的两相流，在模拟计算时采用基于标准的k−连续方程：∂ρ∂t动量方程：（3-13）湍动能k方程：（3-14）耗散率ε方程：（3-15）式中：ui为方向上的混合液流速；μ为混合液的粘性系数；fi为质量力；Cμ=0.09，Cε1=1.44，Cε21.2分离罐模型的简化与假设自动排水控制系统中的实验装置部分——分离罐，若全面考虑影响其油水分离效率效果的诸多因素，不仅在Fluent中不易实现，还可能有计算量过大导致难以模拟的问题，因此本文在不影响整体最终结果的前提下，对相关模型的部分非必要条件进行适当的简化，主要体现在以下几点：（1）参考图2-1，本文不考虑分离罐下部的泥沙层和死水区，认定油水界面以下均为水洗层；（2）本文不考虑进油的相关过程，只考虑当油水混合液完全分离，出现油水界面层之后的排水情况；（3）本文认定无破乳剂的存在，且不考虑其他杂质对油水分离效率效果的影响；（4）分离罐内油水分离的过程中，分散相没有相互聚结和破碎现象出现；（5）针对本实验，考虑到分离罐外部设施对油水分离效率效果的影响非常微小，因而在对分离罐进行建模时忽略分离罐侧壁上的圆孔和法兰等相关微小结构，。1.3分离罐的计算模型1.1.1ICEM网格划分CFD计算中的二维网格有两种，一种为非结构化网格，其包含有非结构壳/面网格和二维平面网格；另一种为结构化网格。结构化网格是指网格区域内所有内部点都具有相同的毗邻单元，其主要优点在于：1.网格生成质量好；2.网格生成速度快；1.数据结构简单；4.对曲面或空间的拟合大多采用参数化或样条插值的方法得到，曲线光滑，与实际的模型更为接近。本文分离罐的网格划分采用专业的流体前处理软件ICEMCFD[61],生成的二维结构性平面网格可以有效提高求解效率和精度。网格的质量和数量对沉降罐的数值模拟至关重要，本文分离模拟采用二维结构性网格来划分，根据实验室已有的分离罐对其进行平面简化，2、2）划分网格的局部模型如图3-1所示。图3-1划分网格模型为了保证结果准确性，尚需对分离罐网格进行网格质量验证，从而确定后续计算网格模型，本文采用Determinate2×2×2和Angle形式来进行质量检测，检测如下图所示非常良好，因此本文采用此网格划分并进行后续的求解计算。图3-2网格质量验证1.1.2FLUENT计算模型和边界条件运用FLUENT软件，多相流模型选择Mixture，欧拉相数量选择2。油水混合液为湍流流动，选用标准的k−ε湍流模型（k-epsilon）。油水混合液选用VOF模型，对沉降罐中的油水混合液中的材料定义为三相，第一相为空气，第二相和第三相为从FluentDatebase中选择的液态油和液态水。沉降罐温度为恒温25℃，25℃时油水的物性分别为：原油的密度为852Kg/m³，动力粘度为0.0135Pa·S；水的密度为981.2Kg/m³，动力粘度为0.000478Pa·S。湍流定义方法为强度和水力直径，湍流强度定为常量50%，水力直径0.04m。定义重力加速度系数为y方向，具体值是-9.81m/s1.4计算结果和云图的分析本小节运用控制变量法进行对照试验：探究分离罐出水孔截面中心同等距底高度情况下，不同孔径出水孔对排水效率影响的理论分析。为了研究不同孔径出水孔对油水混合液排水效率的影响，在进行模拟仿真计算之前的制图步骤中，即需确定同等中心高度情况下的不同孔径，分别为80mm、60mm、40mm（其中60mm为实际孔径），选取含水率80%油水混合液在所设计的分离罐物理模型中进行模拟比对，注意进行模拟计算的过程中三种情况下的油水混合液的整体界面高度为与灌顶平齐。罐内油水混合液的不同出水孔孔径在Y=0cm截面的压强云图及流速云图如下：80mm孔径出水孔压强云图80mm孔径出水孔流速云图60mm孔径出水孔压强云图60mm孔径出水孔流速云图40mm孔径出水孔压强云图40mm孔径出水孔流速云图图3-3相同中心高度下不同出水孔孔径的静压云图和流速云图通过图3-3的对比可以发现，分离罐出水孔截面中心同等距底高度情况下，不同孔径出水孔对排水