含油污水分离动态旋流器湍流流场特性研究

　　随着人们对旋流分离技术的不断深人研究，目前在含油污水处理方面，按其产生旋流的方式可分为静态旋流分离和动态旋流分离两大类lil。静态旋流分离技术因其结构简单，无运动部件，而更早地得到了更多关注，目前已实现了产品化，由于能够简化地面工艺流程，尤其是在石油石化工业含油废水处理中得到了一定程度的推广应用。但静态旋流器用于油污水分离时受到一些自身因素的技术限制，仅依靠静态旋流器不能达到深度水处理的要求，而且极限分离效率一般低于80%，自旋液流切向速度较低，很难提高油水混合液的分离效率。而动态旋流分离器因迫旋切向速度高，能够使不互溶的复杂液体混合相得到较好的分离，极大提高分离效率，于是近几年来动态旋流分离技术得到广泛重视。动态旋流分离技术是在静态旋流分离技术基础上发展起来的，由法国Total石油公司和Neyrtec公司于1986年在欧共体资助下合作开发而成的世界上第一台试验用样机. 20世纪90年代我国也开始了相关方面的研究。针对用于含油污水分离系统中动态旋流器的试验样机进行室内及现场实验，下面拟通过数值模拟方法研究动态旋流器内的湍流流场，深人研究其流场特性及分离机理对优化结构，提高分离效率具有重要意义。

　　1数值模拟

　　动态旋流器流场属于湍流流场，目前因其复杂性而多采用湍流模型来模拟。Reynolds应力输运方程模型(DSM模型)是较为高级的湍流模型，DSM模型由于完全放弃了涡粘性假设，基于直接求解Reynolds应力的微分输运方程从而得到各应力分量，由此不仅考虑了Reynolds应力的对流与扩散作用，而且还因Reynolds应力输运方程中的对流项和产生项能够随流线的弯曲和旋转而自动调节，因此具有较强的模拟能力。

　　1.1基本方程

　　对稳态、等温不可压缩流动，其时均方程的张量形式为连续性方程:

　　动量方程

　　式中:U1, Uj(i,j=1,2,3)为各时均速度分量;xi(i=1,2,3)代表各坐标分量;P为流体的时均压力;拜是流体的动力粘度;P是流体密度;为未知Reynolds应力分量。

　　1.2 Reynolds应力输运方程模型(DSM模型)

　　该模型通过求解下列Reynolds应力输运方程来封闭基本方程:

　　对该方程进行模拟封闭后，所得右端各项的具体形式如下:

　　式中:为应力扩散项;为剪力产生项;为压力一应变项;为湍能耗散项;为湍动能产生率;k为湍动能;t为时间。

　　由此构成了DSM模型的基本封闭方程组，有关模型常数

　　1.3试验模型及主要参数