振动壁面旋流分离器流固耦合特性研究

发布时间：2017-09-27 05:37

  本文关键词：振动壁面旋流分离器流固耦合特性研究

  更多相关文章： 旋流器 流固耦合 两相流 数值模拟

【摘要】：旋流分离器在油田应用过程中,通常将多根旋流器单体并联在一个容器中共同工作,流体在罐腔内进入旋流器内部的过程中,在旋流器的变径圆管外壁面形成绕流,使旋流分离器产生周期性振动,这必将影响旋流器内部流场和结构运动特性。本文结合旋流分离器的工作特征,流体域:基于混合两相流模型,采用雷诺应力模型对控制方程进行封闭,建立流体域控制方程,并使用有限体积法对控制方程实现离散化,基于实际情况定义流体域各项边界;固体域:建立旋流分离器结构动力学方程,采用Newmark方程进行动力学方程的时间积分,结合双向耦合方法建立耦合界面物理量传递方程,实现了旋流分离器双向耦合计算模型的建立。采用所建立的流固耦合模型,对旋流分离器在非耦合和振动耦合、不同激振力及不同入口流量等条件下的流场和结构动力特性数值模拟。对流体域模拟结果进行分析,得到了不同参数变化对轴向速度、切向速度、径向速度、压力场、分离效率等流场结构的变化规律。开展了旋流分离器的模态分析试验研究,得到了不同流量下的结构频率和振型,并与数值模拟结果进行对比,验证了模拟结果的可靠性。进行了周期激振作用下,不同入口速度条件旋流分离器结构的振动实验测试,得到了两种入口速度下的加速度峰值。对固体域模拟结果进行分析,得到了结构耦合界面上速度、加速度、位移等变量的时程响应曲线,将模拟得到的加速度时程响应值与实测值相对比,发现模拟结果能较为真实地反应结构实际加速度情况。通过对不同入口速度下结构变形云图以及界面应力分布云图的结果,得到了结构变形最大值以及耦合界面的等效应力分布。本文的研究,可为旋流分离器在振动条件下的应用,运行参数确定和旋流器分离技术的改进提供理论依据,也可为流固耦合的研究提供借鉴。
【关键词】：旋流器 流固耦合 两相流 数值模拟
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE937
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 创新点摘要6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题来源10
• 1.2 课题研究的目的与意义10
• 1.3 国内外研究现状10-14
• 1.3.1 旋流分离器内部流场模拟研究现状10-12
• 1.3.2 国内外流固耦合的研究现状及进展12-14
• 1.4 本文工作14-15
• 第2章 振动壁面旋流分离器流固耦合数值计算方法15-26
• 2.1 力学模型建立15
• 2.2 流体域液-液两相流数值计算方法15-22
• 2.2.1 两相流模型15-17
• 2.2.2 基于ASM模型的流体域控制方程17-20
• 2.2.3 旋流分离器流体域网格划分20
• 2.2.4 边界条件设定20-21
• 2.2.5 数值求解策略21-22
• 2.3 固体域数值计算方法22-23
• 2.3.1 旋流分离器结构的有限单元法22
• 2.3.2 旋流分离器结构的动力学方程22-23
• 2.3.3 结构响应的动力学分析方法23
• 2.4 流固耦合数值计算方法23-25
• 2.4.1 界面方程23-24
• 2.4.2 双向耦合迭代方法24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 旋流分离器激振力的计算26-31
• 3.1 圆柱绕流的计算方法确定26-27
• 3.2 圆柱绕流的计算分析27-30
• 3.2.1 大涡模拟控制方程27-28
• 3.2.2 网格划分及数值方法28
• 3.2.3 计算结果分析28-30
• 3.3 本章小结30-31
• 第4章 振动壁面旋流分离器两相耦合流场分析31-50
• 4.1 基本参数31-32
• 4.1.1 模型结构参数31-32
• 4.1.2 激振力设定32
• 4.2 耦合作用下流场分析32-47
• 4.2.1 速度场分布特性32-45
• 4.2.2 压力场分布特性45-46
• 4.2.3 湍动能强度对比46-47
• 4.3 分离效率分析47-48
• 4.4 小结48-50
• 第5章 振动壁面旋流分离器结构动力学特性分析50-62
• 5.1 流固耦合作用下的模态分析方法50
• 5.2 旋流分离器的模态试验50-53
• 5.2.1 试验工装51-52
• 5.2.2 试验方案52
• 5.2.3 实测振型结果52-53
• 5.3 模态分析数值模拟结果与试验结果的对比53-54
• 5.3.1 模态分析模拟结果53
• 5.3.2 模拟结果与实测值对比分析53-54
• 5.4 振动条件下旋流分离器结构试验54-55
• 5.4.1 试验方法54
• 5.4.2 试验结果54-55
• 5.5 结构耦合界面的时程响应数值模拟分析55-61
• 5.5.1 速度时程响应55-56
• 5.5.2 加速度时程响应56-59
• 5.5.3 位移时程响应分析59-60
• 5.5.4 结构变形分析60
• 5.5.5 界面应力分布60-61
• 5.6 小结61-62
• 结论62-63
• 发表文章目录63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69

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本文编号：927930