旋流分離及其強化技術

第一章旋流分離技術概述1
第一節(jié)水力旋流器的發(fā)展簡史1
第二節(jié)旋流分離的技術特點3
一、旋流分離的優(yōu)點3
二、旋流分離的缺點4
第三節(jié)旋流分離器的基本類型5
一、按分離介質(zhì)分類5
二、按結構特點分類5
三、按離散相介質(zhì)濃度分類7
四、按旋流器尺寸分類7
五、按安裝方式分類7
六、按分離場域特性分類8
第四節(jié)旋流分離技術的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向9
參考文獻11
第二章水力旋流器結構形式及分離原理12
第一節(jié)固液分離水力旋流器12
一、主要結構12
二、分離原理13
第二節(jié)液液分離水力旋流器14
一、主要結構14
二、分離原理15
第三節(jié)氣液分離水力旋流器15
一、主要結構15
二、分離原理16
第四節(jié)氣固分離水力旋流器16
一、主要結構17
二、分離原理17
第五節(jié)固體篩分旋流器18
一、主要結構18
二、分離原理19
參考文獻19
第三章旋流器結構創(chuàng)新設計21
第一節(jié)固液分離旋流器21
一、經(jīng)典單錐結構21
二、附加輔助結構21
三、內(nèi)錐結構21
四、防堵結構設計24
五、防磨結構設計24
六、固液旋流過濾器26
第二節(jié)液液分離旋流器27
一、傳統(tǒng)雙錐結構27
二、單錐結構27
三、柱狀旋流器28
四、軸向進液旋流器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38
第四章旋流分離性能評價指標及影響因素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價43
一、質(zhì)量效率44
二、簡化效率44
三、綜合效率45
四、級效率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)旋流分離性能強化路徑48
一、延長分散相在旋流場內(nèi)停留時間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50
第五章旋流分離技術研究方法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歐拉方法的流場特性分析60
四、基于歐拉拉格朗日方法的離散相運動特性分析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)設置及邊界條件69
三、CCD試驗設計及回歸方程構建70
四、回歸方程的方差分析72
五、模型求解及精度驗證73
六、優(yōu)化結果及驗證74
第三節(jié)提升模擬分析效能的快速優(yōu)化方法75
一、結構優(yōu)化方法概述75
二、DUOM方法概述及原理78
三、兩種方法優(yōu)化結果對比分析82
四、優(yōu)化時間需求對比分析84
第四節(jié)分離性能實驗方法84
一、氣液旋流分離性能實驗84
二、固液旋流分離性能實驗87
三、液液旋流分離性能實驗91
第五節(jié)流場測試方法94
一、基于LDV的速度場測試94
二、基于PIV的速度場測試96
三、基于HSV的運動行為分析102
參考文獻107
第六章三相旋流分離技術與裝備111
第一節(jié)三相旋流器發(fā)展概況111
第二節(jié)結構設計及研究進展112
一、串聯(lián)兩相水力旋流器單體112
二、構建軸向相鄰的兩級旋流腔114
三、構建徑向嵌套的兩級旋流腔115
四、構建雙溢流口同側布置的獨立旋流腔117
五、構建雙底流口同側布置的獨立旋流腔118
六、耦合旋流分離及多種分離技術120
七、三相水力旋流器特征對比121
第三節(jié)發(fā)展趨勢及展望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)展趨勢及展望122
參考文獻123
第七章微旋流器分離效能增強技術128
第一節(jié)微旋流器國內(nèi)外研究進展及應用128
第二節(jié)微旋流器分離效果評價及增強案例分析130
一、分離效果評價指標130
二、分離效能增強案例分析133
第三節(jié)微旋流器流場特性及效能增強機理145
一、流場特性145
二、效能增強機理147
第四節(jié)微旋流器結構參數(shù)設計及制造技術159
一、基于經(jīng)典常規(guī)旋流器的結構優(yōu)化159
二、新結構設計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177
第八章旋流分離過程的聚結強化184
第一節(jié)聚結方法與裝備184
一、水力聚結184
二、材料聚結185
三、靜電聚結186
四、化學法聚結187
第二節(jié)旋流聚結技術188
一、旋流聚結機理188
二、旋流聚結裝置及工作原理190
三、旋流聚結裝置的性能分析191
第三節(jié)聚結強化旋流分離技術199
一、旋流分離的聚結強化199
二、聚結強化旋流分離裝置201
三、聚結強化旋流分離的性能驗證201
參考文獻210
第九章旋流分離過程的顆粒重置強化214
第一節(jié)分散相重排序強化旋流分離原理及分散相排序器214
一、常規(guī)旋流器分離過程214
二、理論模型214
三、分散相重排序強化旋流分離原理215
四、分散相排序器類型216
第二節(jié)分散相重排序強化旋流分離研究進展217
一、分散相重排序強化液液分離217
二、分散相重排序強化固液分離221
三、分散相重排序強化氣固分離222
第三節(jié)分散相重排序技術路線及研究展望223
一、分散相重排序技術路線223
二、分散相重排序研究展望224
參考文獻224
第十章旋流分離過程的氣攜強化226
第一節(jié)強化原理226
一、離心力226
二、浮力227
三、徑向運動阻力——斯托克斯阻力227
四、徑向運動方程227
第二節(jié)試驗研究228
一、試驗樣機228
二、試驗物料228
三、空氣壓縮機入口注氣試驗229
四、空氣壓縮機旋流體單孔注氣試驗230
五、旋流腔微孔注氣231
六、Nikuni氣液混合泵注氣試驗232
七、氣攜式液液水力旋流器現(xiàn)場試驗研究232
參考文獻234
第十一章旋流分離過程的顆粒耦合強化236
第一節(jié)顆粒耦合旋流油水分離強化機理236
第二節(jié)顆粒油滴耦合分析237
一、耦合場中油滴受力分析237
二、耦合場中油滴運動速度分析239
三、油滴顆粒碰撞聚合行為241
第三節(jié)耦合場油滴/顆粒運動分析242
一、DEMCFD耦合仿真242
二、耦合場與單一離心場數(shù)值模擬結果對比245
三、顆粒密度對油滴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249
一、試驗方法及試驗工藝249
二、試驗結果分析250
參考文獻251
第十二章旋流分離過程的電場耦合強化252
第一節(jié)電場耦合旋流脫水技術研究現(xiàn)狀252
一、耦合裝置結構252
二、操作參數(shù)254
三、數(shù)值模型254
第二節(jié)耦合場液滴聚結特性255
一、液滴在耦合場中聚結機理255
二、液滴在耦合場中受力分析256
三、液滴聚結特性實驗研究257
第三節(jié)電場旋流場耦合數(shù)值模擬研究260
一、電場旋流場耦合結構與原理260
二、耦合結構電場分析261
三、電場與旋流場耦合仿真方法263
四、數(shù)值模擬結果分析264
第四節(jié)電場耦合旋流分離實驗研究268
一、實驗方法及工藝268
二、單因素實驗結果及分析269
三、正交實驗分析273
參考文獻274
第十三章旋流分離過程的磁場耦合強化277
第一節(jié)磁場強化多相介質(zhì)分離技術研究現(xiàn)狀277
一、磁選機及渦電流分選器277
二、氣固磁流化床278
三、磁旋流器279
第二節(jié)不同結構類型磁場耦合旋流器281
一、磁芯旋流器281
二、同向出流磁旋流器281
第三節(jié)磁場旋流場耦合理論282
一、油滴在耦合場中受力分析282
二、磁場與流場耦合仿真285
第四節(jié)同向出流磁旋流器分離性能研究288
一、磁場發(fā)生裝置設計及試驗對比288
二、數(shù)值模擬設置291
三、試驗工藝及流程292
四、結果分析292
參考文獻295
第十四章旋流分離過程的動態(tài)強化300
第一節(jié)動態(tài)旋流強化技術發(fā)展歷程及特點300
一、動態(tài)旋流強化技術發(fā)展歷程300
二、動態(tài)旋流強化技術特點300
第二節(jié)機筒旋轉(zhuǎn)式旋流強化301
一、機筒旋轉(zhuǎn)式動態(tài)旋流器301
二、旋流分離性能測試302
第三節(jié)復合式旋流強化305
一、復合式動態(tài)旋流器305
二、復合式動態(tài)旋流分離性能測試306
第四節(jié)液流驅(qū)動式旋轉(zhuǎn)強化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)旋流器多級串聯(lián)312
一、兩級串聯(lián)工藝方案312
二、三級串聯(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、兩級出入口融合串聯(lián)318
第三節(jié)低剪切閥318
一、Typhonix旋流閥門319
二、Cyclonebased閥門319
三、渦旋閥門320
四、低剪切節(jié)流閥門321
五、軸向內(nèi)芯閥門322
第四節(jié)低剪切泵322
一、低剪切泵結構類型322
二、低剪切泵應用效果對比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、增強取樣裝置對液流取樣的代表性324
三、促進快速準確的操作參數(shù)調(diào)節(jié)324
參考文獻324