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1、重力式油水分离设,备中影响液滴运动的因素河南油田设计院陆粗军潘玉琦薛敦松内容提要分 析了在重力式油水 分 离设 备中影响液滴运动的因素有?液滴 间相互作用的影响?重力式分离设 备的结 构及器壁的影响?液滴形状的影响?内环流 的影响?流场分 布不均的影响。主题词重力油水分离器液滴运动因素分析绕流曳 力? 即以往,关于重力式油水分离设备中液滴动力学的分析,都是在下列假设条件下进行的流场是无限大均匀流?液滴等效为刚性小球?! 液滴间不分散、不聚结且无相互作用,其力学行为可等她勺 单滴。实际上,工程设备 中的情况往往并非如此,所以,有必要研究各主要 因素的影 响。一、液滴间的相互作用 。比妙儿当流场中
2、有多个液滴且相距较近时,彼此 间就会产生流体上的相互 影响,这种影响的大小取决于 液滴的形状、大小、彼此间的距离、方位等。图为两液滴在流场中的串行沉降,是以相邻 两液滴在静止 流体中的 自由沉降为例,若#液滴在液滴之上,当液滴雷诺数%娜 9.1滴间的绕流速度就会小于滴外侧 的绕流速度,流体对液滴的曳力也随之不同,液滴就会产生图 所示的旋转。旋转后,液滴间的绕流速度进一步小于外侧的绕流速度,而液滴间的压力则高于外侧压力,结果就会使两滴向两侧分开。图 为两液滴在流场中的并行沉降。一 ! # # %在不同的%超 情况下,对一对液滴和单滴在流场中所受曳力的计算结果如表; ;两两粒平行行: ) . .
3、.): : :( 9.19考虑内环流影响时,液滴的终端沉降速度可由!一公式计算,即?式: +与斯托克斯公式相比得?!一 ?筹参节 轰+借辛轰 &一. 一一式中?3一孕是两相粘度的比?产对于油中水滴的沉降,当取 脚一?6#。,、,一/。6#。,时,3一熹,则有黔一?口肠?:+)+7)/,可见,考虑内环流影响后,液滴的沉降速度是刚性球沉降速度的&/倍,这是因为,表面可动使得流体中的速度梯度较刚性球时小,使得在流体中耗散的能量减小,亦即阻力减小白像 故,因此,液滴的沉降速度当然会比刚性球的沉降速度大。另有一些实验,如熔融铅液滴在三氧化二铰熔融液中沉降,汞滴在纯净甘油中沉降,也准确地服从!一公式。但一
4、般情况下,小液滴在流场中的沉降则服从斯托克斯公式,而不是!一公式。目前的研究结果认为,对于这种理论与实验之间既一致又不一致的矛盾现象,这主要取决于 系统中是否存有表面活性物质。表面活性物质虽不会明显改变流体的物理性质,但却能消除内环流,以致使阻力显著增大,因为表面 活性物质能明显减小系统的表面张力。表面活性物质对内环流的阻滞作用,随其性质和 含量 不同而变化。对于3值较小的系统,表面活性物质的影响较大,对于3值较大的系统,分散相流体内部的粘性阻力也会限制内环流的发展。正因如此,一些实际物质系往往并不遵循!一公式,只有对于一些 不包含表面活性物质的物系,才可应用!一公式。五、流场分布不均的影响当
5、流场内速度分布不均,有较大的速度梯度时,如在多层板填料或波纹板填料的流道中,由于液滴所受曳力不对称,就会产生旋转?对于非球形液滴即使在均匀流场中,由于受力不均,也会产生旋转。加上粘性效应,液滴一侧的绕流速度就会变大,另一侧则变小,于是两侧压力不对称,从而产生一个横向力,使液滴移向速度较高的一侧,这种现象,也称为 6 &( / 年+效应。 4和3 % % 在较小雷诺数下,对刚性圆球的三维绕流,推导出的这种横向力为?尸一粤。,?&澎田一万厉+?流体密度,96.?(+式中?占圆球直径,6?认一流体又,圆球相对速度的绝对值,69(?豁。圆球的旋转角速度,&9 。流体的横向速度梯度,&9 ?在剪切流中,
6、由于横向速度分布不均使流体对圆球的绕流不对称,也会产生一个横向力,? _6对此提出的计算公式为?一。二, 掣&+7油田地面工程 ?+第& 卷第.期&(.1+式中?产流体的动力粘度,#?流体的运动粘度,69? 一”,当惫时,沪一&1/。此力对分散相沉降或浮升过程的影响,随液滴在流道中所处位置及其旋转方向的不同而变化。六、结论在重力式油水分离设备中,根据液滴动力学分析模型与实际液滴动力学模型间的差别,对各主要 影响因素的分析结果表明?%、液滴群在连续相中运动,由于液滴间的相互作用及聚结效应,同单滴情况相比,更有助于分散相的沉降分离。、非无限均匀流场中,流场的有限性使液滴所受阻力有所增大,即不利于液
7、滴的沉降分离?流场的非均匀性则使流场中的液滴受到 6 效应的作用,从而产生一个横向力,此力会在一定程度上导致液滴在沉降分离的过程中重新被扬起。.、针对刚性圆球液滴模型,比尔德在考虑了液滴的变形效应后,得出的结论是?随着液滴直径的增加,其终端沉降速度并不 总像斯托克斯公式描述的那样,与其成二次关系增加,而是趋向于某个常数?加纳对内环 流影响的研究结果则表明?内环流效应将使液滴的终端沉降速度较对应刚性圆球的终端沉降速度增大/ 。收稿日期&( (.& :+“煤焦油瓷漆及其配套材料研制”通过总公司鉴定由管道局科学研究院承担的“煤焦油瓷漆及其配套材料研制”项目,于&( .年7月1日通过 了总公司科技发展
8、局的鉴定。煤焦油瓷漆是世界上使用历史悠久、应用普遍的管道防腐材料。通过近百年的应用实践,证明其防腐效果好、使用寿命长、价格低廉,施工技术和质量检验都积累了成熟的经验,至今仍是国外最主 要的管道防腐材料之一,广泛地应用于沙漠、戈壁、海洋、沼泽等各种土壤腐蚀环境的管道防腐工程。为了给西部地区油、气输送管道建设提供适合国情的优质防腐材料,管道科学研究院经两年多的努力,用国产原材料研制出性能符合国际标准的煤焦油瓷漆及其全部配套材料,设计和建立 了中试装置,涂敷出的防腐管已在现场埋设试用。鉴定会认为?管道科学研究院的煤焦油瓷漆及其配套材料研制成果属国内领先?研制出的合成底漆、外缠带瓷漆、外缠带、热烤缠带
9、瓷漆、热烤缠带等产品,均填补了国内空白。管道局 研究院汤星朝油田地面工程 ?+第& 卷第.期&( .1+/ 2? %& .& ( . 5 5?& , _ , 2 #%, ,伽一, # , 2讨 5 %梦 , &一4, , , ,_ % %4 _,_ _ , %,6,?6,% , ,4 %, , _, , , %4% %,_ 6_, %, ,% %_%4加 “ ,# , 2 01 4 % , 6 , , _? % 叮佣5玩。,%。66,。66。% , 6,珊6 , 6,记。/ &。 焦 。?脚 % , , , ,%,% , , % ,6 ,% _, ,% ,6,6, 只6,4 %/&, 6 , % %6 %6, 6,4 % ,6 , % 6, , % , _/ +,“+,(& + (, % %,+,? 介刀介,(%&/%1&(_ ,_ ,#62 %_% ? 口必! 6 % _ 一 % ?#%4 # 】 仆&/ , % %,一 , , _ 一_ % %_%4 _%4 #%4 ,%,汪_ , 即, , 卯% , ,罗 %6, _势6 % %, _,冲_%月了泛口”(”绷, 姗034% “, 5 _ ? ,6,加妞,2 ? _ ,4, ! 面5 % ,%,2韶% _#6# 6 必 %, ,?讨 #6#% 叮四名入口九5 % _!沙# ,肠 ,%,5 ,6, 2#2 %_%”5助%丁
