[发明专利]一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方法

权利要求书

1.一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：根据停留时间分离原理计算外旋涡的平均切向速度和分离预定临界粒径颗粒所需的最小切向速度；根据所述平均切向速度和最小切向速度确定旋风式油气分离器筒体的直径；根据旋风式油气分离器筒体的直径确定有效分离高度；

S2：对S1得到的旋风式油气分离器筒体的直径以及有效分离高度进行修正，得到最终的旋风式油气分离器筒体的直径以及有效分离高度；

S1中，根据下式确定的平均切向速度v_ta和分离预定临界粒径颗粒所需的最小切向速度v_tc之间的关系确定旋风式油气分离器筒体直径D：

式中，d_c为临界粒径，单位为m；μ_g为气体的动力粘度，单位为Pa·s；q_d为进入分离器的气体流量，单位为m³·s^-1；ρ_p为油滴颗粒的密度，单位为kg·m^-3；ρ_g为气体的密度，单位为kg·m^-3；v_ta和v_tc的单位为m·s^-1；H^*为有效分离高度，单位为m；

根据该式作出外旋涡气体的平均切向速度v_ta与最小切向速度v_tc随直径D的变化曲线，根据该变化曲线确定旋风式油气分离器筒体直径D，然后根据旋风式油气分离器筒体直径D确定旋风式油气分离器筒体的有效分离高度H^*；

S1中，外旋涡气体的平均切向速度v_ta满足下式：

式中，v_in为旋风式油气分离器入口速度，单位为m·s^-1；L为外旋涡径向长度，单位为m；n为切向速度指数，T为气体温度，单位为K；T₀为室温，单位为K。

2.根据权利要求1所述的一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方法，其特征在于，S1中，旋风式油气分离器筒体的有效分离高度H^*满足下式：

H^*＝N_s×πD tanα

式中，α为螺旋角角度；N_s为转圈数，D为旋风式油气分离器筒体直径。

3.根据权利要求1所述的一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方法，其特征在于，S2中，通过CFD数值模拟理论对S1得到的旋风式油气分离器筒体的直径以及有效分离高度进行修正。

4.根据权利要求3所述的一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方法，其特征在于，S2的具体过程如下：

通过对旋风式油气分离器内两相流动的数值模拟得到旋风式油气分离器内的流场分布和油滴运动轨迹；

通过模拟不同直径的旋风式油气分离器的流场，得到外旋涡的平均切向速度v_ta随旋风式油气分离器筒体直径D的变化关系；

根据模拟油滴颗粒的运动轨迹判断有效分离高度H^*的大小是否合适，根据大小合适的有效分离高度H^*，得到修正后的最小切向速度v_tc随直径D的变化关系；

经过数值模拟后得到修正的平均切向速度v_ta与最小切向速度v_tc随直径D的变化曲线，根据该变化曲线选择合适的旋风式油气分离器筒体的直径和有效分离高度。