磁处理油水分离的数值模拟研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:qwe6367
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工业上有许多油水分离或者破乳技术,但是针对海上溢油乳化液的处理和回收问题的技术却较少,海上溢油处理和回收存在风浪流的外力干扰、大流量以及湍流垂向搅拌作用等特点,使得一般的油水乳化液技术难以胜任。因此,研究能够快速实现海洋溢油乳化液油水分离和原油回收的方法和技术是十分有意义的工作。磁处理技术,具有效果稳定性强,经济效益可观等优点,有利于实现油气资源的有效利用和海上油气生产环节中污油脱水的深度处理。但磁场作用与油中水滴的运动和聚合之间的内在联系和磁场参数对液滴运动的影响规律目前还没有明确、统一的理论观点。本文研究采用理论分析、实验研究以及数值模拟相结合的方法对磁场作用下液滴的运动聚结情况进行了研究。首先建立了油液中单液滴在磁场作用下的力学模型,对受力进行了简化与分析。然后对双液滴在磁场作用下的移动聚结进行了理论分析,推导了液滴的动力学方程。实验部分介绍了实验系统,相关实验设计及实验结果的分析研究。分析了电磁铁的磁场分布情况,对连续相为油分散相为水的溶液进行磁处理,测量了液滴的表面张力,确定磁场可以降低液滴的表面张力。研究了油液中水平双液滴的中心间距、容器倾斜角度和磁感应强度不同时的变化规律,并总结出最佳油水分离效果下的操作参数组合。此外,采用SPH方法进行磁场中液滴聚结的数值模拟研究。推导了多相流SPH模型控制方程,引入CSF表面张力模型并进行了验证,证明了模型的合理性。借助于模型对液滴聚结过程的形态进行了分析。探讨了磁感应强度、液滴初始中心间距、液滴直径、倾斜角度等对双液滴运动聚结的影响。结果表明,随着磁感应强度的增大,双液滴的移动速度增大,磁感应强度对聚结效果的影响呈正相关。液滴初始中心间距为dr=0.003m时,液滴移动速度较大。随着液滴直径的增大,聚结的机率越大。实验样槽倾斜一定角度时,液滴在重力分力作用下运动并切割磁感线产生洛伦兹力和电场力,加大了液滴的碰撞机率从而促进了液滴的聚结。随着倾斜角度的增大液滴移动速度加快,磁感应强度增大到一定值后,液滴聚结速度不再增大反而有减小趋势,即存在最佳倾斜角度和磁感应强度,当磁感应强度B=9.0×10~7T,倾斜角度θ=3°,液滴的运动速度最快。本文的研究为提高磁处理油水分离性能,开发磁处理破乳设备及相关工艺的优化提供了基本理论依据。
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