旋流分離及其強(qiáng)化技術(shù)

第一章旋流分離技術(shù)概述1
第一節(jié)水力旋流器的發(fā)展簡(jiǎn)史1
第二節(jié)旋流分離的技術(shù)特點(diǎn)3
一、旋流分離的優(yōu)點(diǎn)3
二、旋流分離的缺點(diǎn)4
第三節(jié)旋流分離器的基本類(lèi)型5
一、按分離介質(zhì)分類(lèi)5
二、按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)5
三、按離散相介質(zhì)濃度分類(lèi)7
四、按旋流器尺寸分類(lèi)7
五、按安裝方式分類(lèi)7
六、按分離場(chǎng)域特性分類(lèi)8
第四節(jié)旋流分離技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向9
參考文獻(xiàn)11
第二章水力旋流器結(jié)構(gòu)形式及分離原理12
第一節(jié)固液分離水力旋流器12
一、主要結(jié)構(gòu)12
二、分離原理13
第二節(jié)液液分離水力旋流器14
一、主要結(jié)構(gòu)14
二、分離原理15
第三節(jié)氣液分離水力旋流器15
一、主要結(jié)構(gòu)15
二、分離原理16
第四節(jié)氣固分離水力旋流器16
一、主要結(jié)構(gòu)17
二、分離原理17
第五節(jié)固體篩分旋流器18
一、主要結(jié)構(gòu)18
二、分離原理19
參考文獻(xiàn)19
第三章旋流器結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)21
第一節(jié)固液分離旋流器21
一、經(jīng)典單錐結(jié)構(gòu)21
二、附加輔助結(jié)構(gòu)21
三、內(nèi)錐結(jié)構(gòu)21
四、防堵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24
五、防磨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24
六、固液旋流過(guò)濾器26
第二節(jié)液液分離旋流器27
一、傳統(tǒng)雙錐結(jié)構(gòu)27
二、單錐結(jié)構(gòu)27
三、柱狀旋流器28
四、軸向進(jìn)液旋流器29
五、入口可調(diào)式旋流器31
六、一體化串聯(lián)旋流器31
第三節(jié)氣液分離旋流器32
一、柱狀氣液旋流器（GLCC）32
二、旋流板和螺旋式氣液分離器35
三、導(dǎo)葉式氣液旋流分離器36
四、柱錐氣液旋流分離器37
五、內(nèi)錐式氣液旋流分離器38
參考文獻(xiàn)38
第四章旋流分離性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及影響因素42
第一節(jié)旋流分離基本概念42
一、處理量42
二、分流比42
第二節(jié)旋流分離效率及性能評(píng)價(jià)43
一、質(zhì)量效率44
二、簡(jiǎn)化效率44
三、綜合效率45
四、級(jí)效率46
五、壓力降46
六、壓降比46
第三節(jié)旋流分離性能影響因素47
第四節(jié)旋流分離性能強(qiáng)化路徑48
一、延長(zhǎng)分散相在旋流場(chǎng)內(nèi)停留時(shí)間48
二、增大分散相直徑48
三、減小分散相旋流半徑49
四、增大分散相旋流切向速度49
五、優(yōu)化旋流分離工藝系統(tǒng)49
參考文獻(xiàn)50
第五章旋流分離技術(shù)研究方法51
第一節(jié)數(shù)值模擬方法51
一、湍流模型51
二、多相流模型57
三、基于歐拉歐拉方法的流場(chǎng)特性分析60
四、基于歐拉拉格朗日方法的離散相運(yùn)動(dòng)特性分析63
第二節(jié)水力旋流器的參數(shù)優(yōu)選及優(yōu)化方法68
一、基于響應(yīng)曲面法的井下水力旋流器優(yōu)化案例69
二、數(shù)值模擬參數(shù)設(shè)置及邊界條件69
三、CCD試驗(yàn)設(shè)計(jì)及回歸方程構(gòu)建70
四、回歸方程的方差分析72
五、模型求解及精度驗(yàn)證73
六、優(yōu)化結(jié)果及驗(yàn)證74
第三節(jié)提升模擬分析效能的快速優(yōu)化方法75
一、結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法概述75
二、DUOM方法概述及原理78
三、兩種方法優(yōu)化結(jié)果對(duì)比分析82
四、優(yōu)化時(shí)間需求對(duì)比分析84
第四節(jié)分離性能實(shí)驗(yàn)方法84
一、氣液旋流分離性能實(shí)驗(yàn)84
二、固液旋流分離性能實(shí)驗(yàn)87
三、液液旋流分離性能實(shí)驗(yàn)91
第五節(jié)流場(chǎng)測(cè)試方法94
一、基于LDV的速度場(chǎng)測(cè)試94
二、基于PIV的速度場(chǎng)測(cè)試96
三、基于HSV的運(yùn)動(dòng)行為分析102
參考文獻(xiàn)107
第六章三相旋流分離技術(shù)與裝備111
第一節(jié)三相旋流器發(fā)展概況111
第二節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及研究進(jìn)展112
一、串聯(lián)兩相水力旋流器單體112
二、構(gòu)建軸向相鄰的兩級(jí)旋流腔114
三、構(gòu)建徑向嵌套的兩級(jí)旋流腔115
四、構(gòu)建雙溢流口同側(cè)布置的獨(dú)立旋流腔117
五、構(gòu)建雙底流口同側(cè)布置的獨(dú)立旋流腔118
六、耦合旋流分離及多種分離技術(shù)120
七、三相水力旋流器特征對(duì)比121
第三節(jié)發(fā)展趨勢(shì)及展望122
一、三相旋流分離性能提升的制約因素122
二、三相旋流器發(fā)展趨勢(shì)及展望122
參考文獻(xiàn)123
第七章微旋流器分離效能增強(qiáng)技術(shù)128
第一節(jié)微旋流器國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展及應(yīng)用128
第二節(jié)微旋流器分離效果評(píng)價(jià)及增強(qiáng)案例分析130
一、分離效果評(píng)價(jià)指標(biāo)130
二、分離效能增強(qiáng)案例分析133
第三節(jié)微旋流器流場(chǎng)特性及效能增強(qiáng)機(jī)理145
一、流場(chǎng)特性145
二、效能增強(qiáng)機(jī)理147
第四節(jié)微旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)及制造技術(shù)159
一、基于經(jīng)典常規(guī)旋流器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化159
二、新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)170
三、制造與材料172
第五節(jié)介質(zhì)物性參數(shù)和操作參數(shù)對(duì)微旋流器分離性能的影響173
一、介質(zhì)物性參數(shù)173
二、操作參數(shù)175
參考文獻(xiàn)177
第八章旋流分離過(guò)程的聚結(jié)強(qiáng)化184
第一節(jié)聚結(jié)方法與裝備184
一、水力聚結(jié)184
二、材料聚結(jié)185
三、靜電聚結(jié)186
四、化學(xué)法聚結(jié)187
第二節(jié)旋流聚結(jié)技術(shù)188
一、旋流聚結(jié)機(jī)理188
二、旋流聚結(jié)裝置及工作原理190
三、旋流聚結(jié)裝置的性能分析191
第三節(jié)聚結(jié)強(qiáng)化旋流分離技術(shù)199
一、旋流分離的聚結(jié)強(qiáng)化199
二、聚結(jié)強(qiáng)化旋流分離裝置201
三、聚結(jié)強(qiáng)化旋流分離的性能驗(yàn)證201
參考文獻(xiàn)210
第九章旋流分離過(guò)程的顆粒重置強(qiáng)化214
第一節(jié)分散相重排序強(qiáng)化旋流分離原理及分散相排序器214
一、常規(guī)旋流器分離過(guò)程214
二、理論模型214
三、分散相重排序強(qiáng)化旋流分離原理215
四、分散相排序器類(lèi)型216
第二節(jié)分散相重排序強(qiáng)化旋流分離研究進(jìn)展217
一、分散相重排序強(qiáng)化液液分離217
二、分散相重排序強(qiáng)化固液分離221
三、分散相重排序強(qiáng)化氣固分離222
第三節(jié)分散相重排序技術(shù)路線及研究展望223
一、分散相重排序技術(shù)路線223
二、分散相重排序研究展望224
參考文獻(xiàn)224
第十章旋流分離過(guò)程的氣攜強(qiáng)化226
第一節(jié)強(qiáng)化原理226
一、離心力226
二、浮力227
三、徑向運(yùn)動(dòng)阻力——斯托克斯阻力227
四、徑向運(yùn)動(dòng)方程227
第二節(jié)試驗(yàn)研究228
一、試驗(yàn)樣機(jī)228
二、試驗(yàn)物料228
三、空氣壓縮機(jī)入口注氣試驗(yàn)229
四、空氣壓縮機(jī)旋流體單孔注氣試驗(yàn)230
五、旋流腔微孔注氣231
六、Nikuni氣液混合泵注氣試驗(yàn)232
七、氣攜式液液水力旋流器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究232
參考文獻(xiàn)234
第十一章旋流分離過(guò)程的顆粒耦合強(qiáng)化236
第一節(jié)顆粒耦合旋流油水分離強(qiáng)化機(jī)理236
第二節(jié)顆粒油滴耦合分析237
一、耦合場(chǎng)中油滴受力分析237
二、耦合場(chǎng)中油滴運(yùn)動(dòng)速度分析239
三、油滴顆粒碰撞聚合行為241
第三節(jié)耦合場(chǎng)油滴/顆粒運(yùn)動(dòng)分析242
一、DEMCFD耦合仿真242
二、耦合場(chǎng)與單一離心場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比245
三、顆粒密度對(duì)油滴顆粒耦合作用的影響248
第四節(jié)顆粒耦合旋流油水分離試驗(yàn)249
一、試驗(yàn)方法及試驗(yàn)工藝249
二、試驗(yàn)結(jié)果分析250
參考文獻(xiàn)251
第十二章旋流分離過(guò)程的電場(chǎng)耦合強(qiáng)化252
第一節(jié)電場(chǎng)耦合旋流脫水技術(shù)研究現(xiàn)狀252
一、耦合裝置結(jié)構(gòu)252
二、操作參數(shù)254
三、數(shù)值模型254
第二節(jié)耦合場(chǎng)液滴聚結(jié)特性255
一、液滴在耦合場(chǎng)中聚結(jié)機(jī)理255
二、液滴在耦合場(chǎng)中受力分析256
三、液滴聚結(jié)特性實(shí)驗(yàn)研究257
第三節(jié)電場(chǎng)旋流場(chǎng)耦合數(shù)值模擬研究260
一、電場(chǎng)旋流場(chǎng)耦合結(jié)構(gòu)與原理260
二、耦合結(jié)構(gòu)電場(chǎng)分析261
三、電場(chǎng)與旋流場(chǎng)耦合仿真方法263
四、數(shù)值模擬結(jié)果分析264
第四節(jié)電場(chǎng)耦合旋流分離實(shí)驗(yàn)研究268
一、實(shí)驗(yàn)方法及工藝268
二、單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析269
三、正交實(shí)驗(yàn)分析273
參考文獻(xiàn)274
第十三章旋流分離過(guò)程的磁場(chǎng)耦合強(qiáng)化277
第一節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)化多相介質(zhì)分離技術(shù)研究現(xiàn)狀277
一、磁選機(jī)及渦電流分選器277
二、氣固磁流化床278
三、磁旋流器279
第二節(jié)不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型磁場(chǎng)耦合旋流器281
一、磁芯旋流器281
二、同向出流磁旋流器281
第三節(jié)磁場(chǎng)旋流場(chǎng)耦合理論282
一、油滴在耦合場(chǎng)中受力分析282
二、磁場(chǎng)與流場(chǎng)耦合仿真285
第四節(jié)同向出流磁旋流器分離性能研究288
一、磁場(chǎng)發(fā)生裝置設(shè)計(jì)及試驗(yàn)對(duì)比288
二、數(shù)值模擬設(shè)置291
三、試驗(yàn)工藝及流程292
四、結(jié)果分析292
參考文獻(xiàn)295
第十四章旋流分離過(guò)程的動(dòng)態(tài)強(qiáng)化300
第一節(jié)動(dòng)態(tài)旋流強(qiáng)化技術(shù)發(fā)展歷程及特點(diǎn)300
一、動(dòng)態(tài)旋流強(qiáng)化技術(shù)發(fā)展歷程300
二、動(dòng)態(tài)旋流強(qiáng)化技術(shù)特點(diǎn)300
第二節(jié)機(jī)筒旋轉(zhuǎn)式旋流強(qiáng)化301
一、機(jī)筒旋轉(zhuǎn)式動(dòng)態(tài)旋流器301
二、旋流分離性能測(cè)試302
第三節(jié)復(fù)合式旋流強(qiáng)化305
一、復(fù)合式動(dòng)態(tài)旋流器305
二、復(fù)合式動(dòng)態(tài)旋流分離性能測(cè)試306
第四節(jié)液流驅(qū)動(dòng)式旋轉(zhuǎn)強(qiáng)化308
一、溢流管自旋式旋流器308
二、旋流腔自旋式旋流器309
參考文獻(xiàn)310
第十五章旋流分離系統(tǒng)工藝提效312
第一節(jié)旋流器多級(jí)串聯(lián)312
一、兩級(jí)串聯(lián)工藝方案312
二、三級(jí)串聯(lián)循環(huán)系統(tǒng)315
第二節(jié)旋流器一體化串聯(lián)316
一、采油井下一體化串聯(lián)316
二、兩級(jí)出入口融合串聯(lián)318
第三節(jié)低剪切閥318
一、Typhonix旋流閥門(mén)319
二、Cyclonebased閥門(mén)319
三、渦旋閥門(mén)320
四、低剪切節(jié)流閥門(mén)321
五、軸向內(nèi)芯閥門(mén)322
第四節(jié)低剪切泵322
一、低剪切泵結(jié)構(gòu)類(lèi)型322
二、低剪切泵應(yīng)用效果對(duì)比322
第五節(jié)其他系統(tǒng)工藝提效方式323
一、降低彎管處的紊流效果324
二、增強(qiáng)取樣裝置對(duì)液流取樣的代表性324
三、促進(jìn)快速準(zhǔn)確的操作參數(shù)調(diào)節(jié)324
參考文獻(xiàn)324