水力旋流器已被应用于压裂返排液除砂,为了提高其分离性能,基于Fluent软件模拟和实验,研究了不同入口气液比(GLR)下水力旋流器的空气柱直径、压力与速度分布及分离效率,总结了入口GLR对水力旋流器分离性能的影响规律,并确定了最佳入口GLR范围.研究结果表明:①物料不含气体时,底流口与溢流口负压区将外界气体吸入内流场形成空气柱,当物料中含有气体时,空气柱中绝大部分气体来自溢流口与底流口,并且最终通过溢流口排出;②随着气液比升高,壁面处压力、底流压差及溢流压差均呈现非线性增长的趋势;③随着气液比升高,切向速度增大,却减小了较小气液比(10％～20％)下的组合涡流场指数;④随着气液比升高,轴向速度不断增大,然而过高的气液比(GLR＞40％)却增加了流场的不稳定性;⑤气液比的升高提高了水力旋流器的除砂效率并减小了切割粒径,当GLR＜30％时组合涡流场指数较小且分离效率较低,GLR＞40％时能量损耗较大,确定出最佳GLR区间介于30％～40％.结论认为,该研究成果可以为水力旋流器的优化设计提供参考.
压裂返排液 水力旋流器 除砂 气液比 多相流 分离 能量损耗 优化设计