旋流分离及其强化技术

**章旋流分离技术概述1
**节水力旋流器的发展简史1
第二节旋流分离的技术特点3
一、旋流分离的优点3
二、旋流分离的缺点4
第三节旋流分离器的基本类型5
一、按分离介质分类5
二、按结构特点分类5
三、按离散相介质浓度分类7
四、按旋流器尺寸分类7
五、按安装方式分类7
六、按分离场域特性分类8
第四节旋流分离技术的研究现状及发展方向9
参考文献11

第二章水力旋流器结构形式及分离原理12
**节固液分离水力旋流器12
一、主要结构12
二、分离原理13
第二节液液分离水力旋流器14
一、主要结构14
二、分离原理15
第三节气液分离水力旋流器15
一、主要结构15
二、分离原理16
第四节气固分离水力旋流器16
一、主要结构17
二、分离原理17
第五节固体筛分旋流器18
一、主要结构18
二、分离原理19
参考文献19

第三章旋流器结构创新设计21
**节固液分离旋流器21
一、经典单锥结构21
二、附加辅助结构21
三、内锥结构21
四、防堵结构设计24
五、防磨结构设计24
六、固液旋流过滤器26
第二节液液分离旋流器27
一、传统双锥结构27
二、单锥结构27
三、柱状旋流器28
四、轴向进液旋流器29
五、入口可调式旋流器31
六、一体化串联旋流器31
第三节气液分离旋流器32
一、柱状气液旋流器（GLCC）32
二、旋流板和螺旋式气液分离器35
三、导叶式气液旋流分离器36
四、柱锥气液旋流分离器37
五、内锥式气液旋流分离器38
参考文献38

第四章旋流分离性能评价指标及影响因素42
**节旋流分离基本概念42
一、处理量42
二、分流比42
第二节旋流分离效率及性能评价43
一、质量效率44
二、简化效率44
三、综合效率45
四、级效率46
五、压力降46
六、压降比46
第三节旋流分离性能影响因素47
第四节旋流分离性能强化路径48
一、延长分散相在旋流场内停留时间48
二、增大分散相直径48
三、减小分散相旋流半径49
四、增大分散相旋流切向速度49
五、优化旋流分离工艺系统49
参考文献50

第五章旋流分离技术研究方法51
**节数值模拟方法51
一、湍流模型51
二、多相流模型57
三、基于欧拉欧拉方法的流场特性分析60
四、基于欧拉拉格朗日方法的离散相运动特性分析63
第二节水力旋流器的参数优选及优化方法68
一、基于响应曲面法的井下水力旋流器优化案例69
二、数值模拟参数设置及边界条件69
三、CCD试验设计及回归方程构建70
四、回归方程的方差分析72
五、模型求解及精度验证73
六、优化结果及验证74
第三节提升模拟分析效能的快速优化方法75
一、结构优化方法概述75
二、DUOM方法概述及原理78
三、两种方法优化结果对比分析82
四、优化时间需求对比分析84
第四节分离性能实验方法84
一、气液旋流分离性能实验84
二、固液旋流分离性能实验87
三、液液旋流分离性能实验91
第五节流场测试方法94
一、基于LDV的速度场测试94
二、基于PIV的速度场测试96
三、基于HSV的运动行为分析102
参考文献107

第六章三相旋流分离技术与装备111
**节三相旋流器发展概况111
第二节结构设计及研究进展112
一、串联两相水力旋流器单体112
二、构建轴向相邻的两级旋流腔114
三、构建径向嵌套的两级旋流腔115
四、构建双溢流口同侧布置的独立旋流腔117
五、构建双底流口同侧布置的独立旋流腔118
六、耦合旋流分离及多种分离技术120
七、三相水力旋流器特征对比121
第三节发展趋势及展望122
一、三相旋流分离性能提升的制约因素122
二、三相旋流器发展趋势及展望122
参考文献123

第七章微旋流器分离效能增强技术128
**节微旋流器国内外研究进展及应用128
第二节微旋流器分离效果评价及增强案例分析130
一、分离效果评价指标130
二、分离效能增强案例分析133
第三节微旋流器流场特性及效能增强机理145
一、流场特性145
二、效能增强机理147
第四节微旋流器结构参数设计及制造技术159
一、基于经典常规旋流器的结构优化159
二、新结构设计170
三、制造与材料172
第五节介质物性参数和操作参数对微旋流器分离性能的影响173
一、介质物性参数173
二、操作参数175
参考文献177

第八章旋流分离过程的聚结强化184
**节聚结方法与装备184
一、水力聚结184
二、材料聚结185
三、静电聚结186
四、化学法聚结187
第二节旋流聚结技术188
一、旋流聚结机理188
二、旋流聚结装置及工作原理190
三、旋流聚结装置的性能分析191
第三节聚结强化旋流分离技术199
一、旋流分离的聚结强化199
二、聚结强化旋流分离装置201
三、聚结强化旋流分离的性能验证201
参考文献210

第九章旋流分离过程的颗粒重置强化214
**节分散相重排序强化旋流分离原理及分散相排序器214
一、常规旋流器分离过程214
二、理论模型214
三、分散相重排序强化旋流分离原理215
四、分散相排序器类型216
第二节分散相重排序强化旋流分离研究进展217
一、分散相重排序强化液液分离217
二、分散相重排序强化固液分离221
三、分散相重排序强化气固分离222
第三节分散相重排序技术路线及研究展望223
一、分散相重排序技术路线223
二、分散相重排序研究展望224
参考文献224

第十章旋流分离过程的气携强化226
**节强化原理226
一、离心力226
二、浮力227
三、径向运动阻力——斯托克斯阻力227
四、径向运动方程227
第二节试验研究228
一、试验样机228
二、试验物料228
三、空气压缩机入口注气试验229
四、空气压缩机旋流体单孔注气试验230
五、旋流腔微孔注气231
六、Nikuni气液混合泵注气试验232
七、气携式液液水力旋流器现场试验研究232
参考文献234

第十一章旋流分离过程的颗粒耦合强化236
**节颗粒耦合旋流油水分离强化机理236
第二节颗粒油滴耦合分析237
一、耦合场中油滴受力分析237
二、耦合场中油滴运动速度分析239
三、油滴颗粒碰撞聚合行为241
第三节耦合场油滴/颗粒运动分析242
一、DEMCFD耦合仿真242
二、耦合场与单一离心场数值模拟结果对比245
三、颗粒密度对油滴颗粒耦合作用的影响248
第四节颗粒耦合旋流油水分离试验249
一、试验方法及试验工艺249
二、试验结果分析250
参考文献251

第十二章旋流分离过程的电场耦合强化252
**节电场耦合旋流脱水技术研究现状252
一、耦合装置结构252
二、操作参数254
三、数值模型254
第二节耦合场液滴聚结特性255
一、液滴在耦合场中聚结机理255
二、液滴在耦合场中受力分析256
三、液滴聚结特性实验研究257
第三节电场旋流场耦合数值模拟研究260
一、电场旋流场耦合结构与原理260
二、耦合结构电场分析261
三、电场与旋流场耦合仿真方法263
四、数值模拟结果分析264
第四节电场耦合旋流分离实验研究268
一、实验方法及工艺268
二、单因素实验结果及分析269
三、正交实验分析273
参考文献274

第十三章旋流分离过程的磁场耦合强化277
**节磁场强化多相介质分离技术研究现状277
一、磁选机及涡电流分选器277
二、气固磁流化床278
三、磁旋流器279
第二节不同结构类型磁场耦合旋流器281
一、磁芯旋流器281
二、同向出流磁旋流器281
第三节磁场旋流场耦合理论282
一、油滴在耦合场中受力分析282
二、磁场与流场耦合仿真285
第四节同向出流磁旋流器分离性能研究288
一、磁场发生装置设计及试验对比288
二、数值模拟设置291
三、试验工艺及流程292
四、结果分析292
参考文献295

第十四章旋流分离过程的动态强化300
**节动态旋流强化技术发展历程及特点300
一、动态旋流强化技术发展历程300
二、动态旋流强化技术特点300
第二节机筒旋转式旋流强化301
一、机筒旋转式动态旋流器301
二、旋流分离性能测试302
第三节复合式旋流强化305
一、复合式动态旋流器305
二、复合式动态旋流分离性能测试306
第四节液流驱动式旋转强化308
一、溢流管自旋式旋流器308
二、旋流腔自旋式旋流器309
参考文献310

第十五章旋流分离系统工艺提效312
**节旋流器多级串联312
一、两级串联工艺方案312
二、三级串联循环系统315
第二节旋流器一体化串联316
一、采油井下一体化串联316
二、两级出入口融合串联318
第三节低剪切阀318
一、Typhonix旋流阀门319
二、Cyclonebased阀门319
三、涡旋阀门320
四、低剪切节流阀门321
五、轴向内芯阀门322
第四节低剪切泵322
一、低剪切泵结构类型322
二、低剪切泵应用效果对比322
第五节其他系统工艺提效方式323
一、降低弯管处的紊流效果324
二、增强取样装置对液流取样的代表性324
三、促进快速准确的操作参数调节324
参考文献324