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题名水力聚结器结构参数优选
被引量：7
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作者
邢雷
蒋明虎
赵立新
高金明
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机构
东北石油大学机械科学与工程学院
黑龙江省石油石化多相介质处理及污染防治重点实验室
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出处
《机械科学与技术》
CSCD
北大核心
2021年第4期527-533,共7页
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基金
国家高技术研究发展计划(2012AA061303)
东北石油大学龙江学者配套经费支持项目(lj201803)。
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文摘
为了增强水力旋流器对小粒径油滴的分离性能,基于旋流分离原理提出一种可通过增大油滴间碰撞机率使小油滴碰撞聚结的水力聚结器结构。借助正交试验方法对水力聚结器的主要结构参数进行优化设计,利用Euler-Euler模型与群体平衡模型(Population Balance Model,PBM)相结合的方法,开展水力聚结器结构参数对油滴分布特性及聚结性能的影响研究,得出聚结器内油滴粒度分布聚结性能受结构参数变化的影响规律,并获得了最佳的结构参数配比。结果表明:水力聚结器对油水混合液中的油滴呈现出了较好的聚结效果,聚结器的聚结内芯底径D3、锥段长度L4、出口管长度L5均会对聚结器内油滴粒径分布产生影响,且各参数对聚结性能影响显著性由高到低为D_(3)>L_(4)>L_(5)。优化得出最佳结构参数配比方案为C3A2B2(L_(4)=600 mm、L5=100 mm、D3=10 mm),最佳结构参数条件下混合液中油滴粒度分布在25~55μm时,经水力聚结器聚结后油滴粒度分布均值增加到524.7μm,较初始结构聚结后的平均粒径增加了48.56%。
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关键词
水力聚结器
结构参数
正交试验
油滴粒径
油水分离
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Keywords
hydraulic coalescer
structural parameters
orthogonal experiment
oil droplet size
oil-water separation
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分类号
TQ051.8
[化学工程]
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题名基于响应曲面法的水力聚结器结构参数优化
- 2
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作者
邢雷
苗春雨
蒋明虎
赵立新
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机构
东北石油大学机械科学与工程学院
黑龙江省石油石化多相介质处理及污染防治重点实验室
大庆油田博士后科研工作站
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出处
《石油机械》
北大核心
2023年第11期116-123,共8页
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基金
国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点支持项目“同井注采井筒关键湍流场域离散相运聚机理及动力学行为研究”(U21A20104)
黑龙江省自然科学基金项目“同井注采井筒内关键流体场域油滴聚并机理及运移规律研究”(LH2022E017)。
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文摘
针对油水分离中小粒径油滴难以分离的情况,设计了一种水力聚结器,借助析因筛选设计及响应曲面优化设计,结合有限体积法,并以综合考虑油滴粒径尺寸、体积占比及平均粒径等多因素提出的一种聚结效率计算方法作为评判指标,对其进行结构参数显著性分析及结构优化设计。以优化前、后的水力聚结器为模型,在相同工况下开展聚结性能模拟测试。测试结果表明,显著性较高的参数依次为锥段长度L2、尾管长度L3以及内心底径d,根据得到的结构参数与聚结效率间的最优回归方程,确定出最佳结构参数值,即锥段长度为678.63 mm,尾管长度为99.89 mm,内心底径为10 mm。优化后的聚结器出口处平均粒径由524.7μm增加至550.9μm,聚结效率由14.26%提高至14.55%,聚结性能得到明显提升,验证了优化结果的准确性及可行性。研究结果可为旋流分离设备设计提供参考。
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关键词
油水分离
水力聚结器
油滴聚结
聚结性能
评判方法
结构优化
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Keywords
oil-water separation
hydraulic coalescer
oil droplet coalescence
coalescence performance
evaluation method
structural optimization
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分类号
TE93
[石油与天然气工程—石油机械设备]
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题名水力聚结器内油滴聚结特性及运动行为分析
被引量：3
- 3
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作者
邢雷
李金煜
蒋明虎
赵立新
关帅
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机构
东北石油大学机械科学与工程学院
黑龙江省石油石化多相介质处理及污染防治重点实验室
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出处
《石油机械》
北大核心
2022年第8期81-88,共8页
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基金
国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点支持项目“同井注采井筒内关键湍流场域离散相运聚机理及动力学行为研究”(U21A20104)
东北石油大学“国家基金”培育基金项目“超重力场作用下水中油滴碰撞聚结机理及后续运动行为研究”(2021GPL-10)
大庆市指导性科技计划项目“聚结-旋流多场耦合强化油水高效分离技术研究”(zd-2021-38)。
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文摘
为了分析离散相油滴在水力聚结器内的运移轨迹以及聚结器流场特性对油滴聚结的影响,采用PBM-DPM耦合数值模拟方法获得了聚结器内速度场及油相体积分数的分布规律,掌握了聚结器旋流腔为油滴碰撞聚结的主要发生区域,但在螺旋流道及聚结内芯的近壁区域受较大时均速度梯度影响油滴出现明显的破碎现象。数值模拟结果表明:聚结器内部流场呈外部为准自由涡、内部为强制涡的复合涡旋流场特性,且沿内涡区流出的油滴较外涡区运动的油滴在聚结器内的停留时间更长,时间差值约为0.029 s;内涡区含油体积分数较高,增大了油滴间的碰撞概率,因此内涡区的油滴粒径较大,同时也受到更高的流场阻力,致使在油滴运动过程中速度衰减明显高于外涡区油滴。针对水力聚结器试验样机开展了聚结性能试验,对比了聚结器出口及入口的粒度分布,得出试验工况下聚结器可将入口处平均粒径为92μm的油滴增大到298μm。研究结果可为进一步揭示旋流聚结机理及设计出通过多场耦合作用来提高油水分离性能的新型设备与方法提供思路。
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关键词
水力聚结器
停留时间
运动特性
油滴粒径
聚结性能
数值模拟
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Keywords
hydraulic coalescer
residence time
migration characteristics
oil droplet size
coalescence performance
numerical simulation
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分类号
TE99
[石油与天然气工程—石油机械设备]
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题名含聚浓度对水力聚结器聚结性能影响研究
- 4
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作者
邢雷
蒋明虎
赵立新
李枫
韩国鑫
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机构
东北石油大学机械科学与工程学院
黑龙江省石油石化多相介质处理及污染防治重点实验室
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出处
《化工机械》
2021年第4期554-560,共7页
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基金
国家高技术研究发展计划(2012AA061303)
黑龙江省自然科学基金重点项目(ZD2020E001)。
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文摘
为了分析含聚条件对水力聚结器聚结性能的影响规律,通过配置不同浓度聚合物目的液开展介质流变特性分析,获得含聚浓度对介质黏度的影响关系,进而完成非牛顿流体数学模型的修正。结合群体平衡模型(Population Balance Model,PBM)开展不同含聚浓度条件对水力聚结器内速度场、浓度场和粒度分布的影响规律,同时开展聚结性能室内实验完成数值模拟结果准确性验证。模拟结果显示:聚合物浓度在200~1000mg/L范围内,连续相介质呈假塑性流体特性,随着含聚浓度的增大连续相介质黏度逐渐升高,增大了流场对油滴的剪切强度致使油滴粒径减小;黏度的升高也会一定程度减小流场内的切向速度,致使油相向轴心聚集程度降低,减少油滴间的碰撞几率,从而降低水力聚结器的聚结性能。实验结果显示:当含聚浓度为100mg/L时,聚结器出口平均粒径为421.52μm,当聚合物浓度增大到1000mg/L时,水力聚结器仍可实现油滴的聚结,但出口平均粒径减小到278.34μm。
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关键词
水力聚结器
聚合物
聚结性能
含聚浓度
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Keywords
hydraulic coalescer
polymers
coalescence
polymer concentration
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分类号
TQ051.899
[化学工程]
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