基于LES方法的壁面旋轉(zhuǎn)旋流分離器內(nèi)流特性的研究

徐 艷，張彥月，張井龍，閆月娟，王尊策

（1.東北石油大學(xué)，黑龍江大慶 163318；2.黑龍江省石油石化多相介質(zhì)處理及污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶 163318）

1 前言

旋流分離器具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及分離效率高等特點(diǎn)，其在應(yīng)用于井下油水分離的過(guò)程中，常與螺桿泵配合使用，使壁面旋轉(zhuǎn)，而壁面旋轉(zhuǎn)旋流分離器流場(chǎng)的準(zhǔn)確模擬存在困難。近幾年采用LES方法模擬水力旋流器流場(chǎng)的研究越來(lái)越多，Slack等用LES方法模擬了旋風(fēng)分離器，精確地預(yù)報(bào)了速度分布，同時(shí)得出：對(duì)于同一個(gè)幾何模型，若采用LES方法模擬相對(duì)于雷諾應(yīng)力模型需要更精密的網(wǎng)格［1］。De Souz和Silveira用LES方法模擬了76 mm的旋流管［2］。Delgadillo和Rajamani用LES方法模擬了Hsieh’s（1988）75mm的旋流管，研究表明LES模型雖然需要花費(fèi)更大的計(jì)算費(fèi)用［3］，但他們都得到了非常精確的速度分布，特別是對(duì)切向速度的預(yù)報(bào)尤為精確。

王尊策等采用標(biāo)準(zhǔn)Smagorinsky模型對(duì)28 mm Thew型旋流器內(nèi)的單向流場(chǎng)進(jìn)行了大渦模擬研究［4］，結(jié)果表明，大渦模擬在切向速度的預(yù)測(cè)較雷諾平均法有著明顯的優(yōu)勢(shì)，但軸向速度預(yù)測(cè)精度較差。劉難生等采用大渦模擬方法，研究了繞軸旋轉(zhuǎn)圓管內(nèi)的湍流流動(dòng)特性，與相應(yīng)的直接模擬結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證也得到了較好的效果［5］；崔桂香和許春曉等也通過(guò)直接模擬研究了旋轉(zhuǎn)槽道湍流中旋轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)雷諾應(yīng)力輸運(yùn)的影響［6］。而基于LES方法對(duì)壁面旋轉(zhuǎn)旋流器內(nèi)部流場(chǎng)的研究還比較缺少。

大渦模擬（LES）的基本思想是把湍流瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)通過(guò)濾波函數(shù)分解成大尺度運(yùn)動(dòng)和小尺度運(yùn)動(dòng)。……