文档介绍：中国工程热物力学会多相流
学术会议编号:086013
轴流式气液旋流分离器内的时均流场
金向红 1,2,金有海 1,王建军 1,张建 1,孙治谦 1, 陈新华 1
(1 中国石油大学多相流实验室,东营 257061
2 安徽理工大学化工系,淮南 232001)
(Tel:**********,E-mail:jxlhjxh@)

摘要:采用可适性相位多普勒激光测速仪对轴流式气液旋流分离器内三维湍流的时均流场进行了测量,
考察了导叶导角和流量变化对时均流场的影响。测量结果表明:在分离空间,切向速度分布呈现典型
的 Rankin 涡结构,切向速度沿轴向衰减不明显,轴向速度是由外围的下行流与内部的上行流结构,轴
向速度沿轴向衰减。最大切向速度面与轴向 LZVV 面呈现与筒体相似的管锥形。对环形空间和集液槽内
时均流场的结构也进行了分析。

关键词:气液旋流分离器;可适性相位多普勒激光测速仪;时均流场;

0 前言
气液旋流分离器是石油、天然气开采和化工生产中油气分离的重要设备,研究表明,
气-液旋流分离器内气液两相的分离过程是旋流场中液滴离心沉降和碰撞聚结、破碎的复
合过程,其分离性能不仅受液滴在时均流场中离心沉降的影响,还受湍流场中液滴间碰
撞、团聚、破碎以及液相扩散的影响。近年来,国内外学者对于旋流器内部的流场进行
了大量的研究[1]-[6],但都集中于旋风分离器和水力旋流器,对于轴流式气液旋流分离器
内部流场的研究,迄今尚无报道。石油大学在多年旋风分离器流场测定以及轴流式气液
旋流分离器性能试验研究的基础上[3],采用 APV 技术对轴流式气液旋流分离器的流场进
行了研究。为研究旋流场内气-液两相分离以及液滴的碰撞聚结、破碎的机理,完善气液
两相分离机理模型,提高气液旋流器的分离性能,提供实验基础。
1 试验装置及测试方案
本研究采用美国 TSI 公司生产的可适性相位多普勒激光测速仪 APV(Adaptive
Phase/Doppler Velocimeter)对流场进行测定。APV 是激光多普勒测速仪(LDV)的扩
展,兼有频移多普勒和相位多普勒的功能,可以自适应的测量流场中示踪粒子的特性。
APV 系统由氩离子激光器、分色分束器、耦合器、光纤传送光路、激光发射探头、APV 接
收器、光电转换接收器、信号处理器、以计算机为中心的测控与流场诊断数据分析系统
和自动坐标架位移机构等组成。测试中,由激光器发出的激光束被分色分束器分成两束
蓝光和两束绿光,经光纤传至发射探头,并汇于焦点形成干涉条纹。当运动的示踪粒子
随空气通过激光焦点时,将交替遮挡明暗相间的干涉条纹,从而产生相位多普勒和频移
多普勒信号。APV 接收器将接收到的多普勒信号通过光纤传至光电转换接收器,转换成
的电信号输入信号处理器。该处理器把测量数据通过直接存取链(DMA 电缆)传送到计算
机,再通过以 Windows 为平台的软件 FIND 推演计算,得出并显示测量结果。
实验采用轴流导叶式气液旋流分离器,实验装置如图1所示,由气液旋流分离器、
抽风系统、烟雾发生器、APV测量系统、管道测量系统等组成。轴流导叶式气液旋流分
离器结构如图2,筒体采用管锥式,筒体内径为Dn