[发明专利]一种仰角式油水分离器性能研究方法

权利要求书

1.一种仰角式油水分离器分离性能测定方法，其特征在于，所述的仰角式油水分离器分离性能测定方法具体步骤如下： 

步骤一、建立仰角式油水分离器几何模型，包括确定模型几何尺寸、选取模型坐标和对模型进行网格划分； 

步骤二、选取数值模拟方法，在模拟过程中，模拟介质为水和原油，油水分离温度认为是恒温50℃，湍流模型选用Realizable k-ε模型，多相流模型采用混合物模型，在Fluent软件中选用绝对稳定的二阶迎风格式作为控制方程的离散格式，在数值模拟过程中选用SIMPLE方法； 

步骤三、分别对0°-30°不同仰角下的油水分离器进行数值模拟，对不同仰角下模型的油出口水相体积含量、水出口油相体积含量和油水分离效率进行统计。

2.如权利要求1所述的仰角式油水分离器分离性能测定方法，其特征在于，建立仰角式油水分离器几何模型的具体步骤如下： 

第一步、仰角式油水分离器几何模型的几何尺寸数据如下：处理量300m³/d，停留时间6min，含油浓度取为10％，混合物进口直径70mm，水出口直径50mm，油出口直径50mm。 

第二步、模型坐标的选取；建模过程中选用的坐标系为笛卡尔坐标系，轴向为坐标轴x，径向为坐标轴y、z，原点位于分离器左端截面的中心处， 坐标轴的选取； 

第三步、模型的网格划分；在Gambit中采用自适应网格，为了保证网格划分的精度和适应性，网格的密度设置为2.5mm×2.5mm，整个计算区域包括483612个网格单元，其中分液管部分包括5149个网格单元。 

3.如权利要求1所述的仰角式油水分离器分离性能测定方法，其特征在于，油水分离过程的控制方程如下： 

(1)流动控制方程 

油水分离流动的控制方程包括连续性方程和动量方程，对于湍流的不可压缩流体，其时均方程的张量形式如下： 

连续性方程： 

动量方程： 

式中S_u、S_v、S_w——广义源项，S_u＝F_x+s_x、S_v＝F_y+s_y、S_w＝F_z+s_z； 

F_x、F_y、F_z——质量力； 

s_x、s_y、s_z如下所示： 

式中μ——动力粘度(Pa·s)； 

λ——第二相动力粘度，通常取值为-2/3(Pa·s)； 

对于不可压缩流体，若其粘度为常数，s_x＝s_y＝s_z＝0，动量方程可以化简为： 

(2)混合物模型基本控制方程 

仰角式油水分离器内流体为油水混合物的两相流，在模拟计算时采用Realizable k-ε混合湍流模型，其控制方程包括： 

混合物模型的连续性方程： 

式中——混合物的质量变化率； 

ρ_m——混合密度； 

——质量平均速度； 

α_k——第k相的体积分数。 

混合物模型的动量方程： 

式中n——相数； 

——体积力； 

μ_m——混合物粘性； 

——第二相k的漂移速度。 

相对速度的形式： 

式中——第二相粒子的加速度； 

τ_qp——粒子的弛豫时间： 

τ_qp的形式如下： 

式中d_p——第二相颗粒(或液滴或气泡)的直径； 

f_drag——曳力系数，其表达式如下： 

加速度的形式为： 

由第二相p的连续性方程可得到第二相p的体积分数方程如下： 

4.如权利要求1所述的仰角式油水分离器分离性能测定方法，其特征在于，在数值模拟中入口边界条件设置为速度进口，入口流速根据分离器的 处理量和入口管径进行确定，对油出口和水出口选用自由出流边界条件，油出口的体积流量分数控制在10％，水出口的体积流量分数控制在90％，分离器内部所有壁面均采用无滑移边界，壁面粗糙度设置为0.15mm。