真空濾油機流場(chǎng)的數值模擬
為了獲取真空濾油機蒸發(fā)脫水的動(dòng)態(tài)特性，考慮了油水汽三相流、水滴蒸發(fā)相變等因素，建立了真空濾油機的流場(chǎng)的RSM模型以及水滴運動(dòng)蒸發(fā)的相變方程;分析了濾油機內部的蒸汽體積濃度分布、壓力分布以及軸向和徑向速度分布的規律，結果表明濾油機內部分離塔板上部的中心附近壓力梯度較大，而靠近壁面附近壓力梯度較小，有助于蒸汽有向壁面運移的趨勢，，實(shí)現液汽分離;分離塔板內部壓力梯度趨緩，增大了油水在塔板內的停留時(shí)間;油水混合液的最大徑向速度面把濾油機內部的流場(chǎng)分為了準強制渦和準自由渦;而其軸向速度呈對稱(chēng)分布;進(jìn)一步揭示了油水分離的特性，并計算了濾油機的蒸發(fā)效率，計算值與實(shí)測值吻合較好，驗證了該模型的有效性，對深入研究真空濾油機的油水分離機理奠定前期基礎。
潤滑油在使用的過(guò)程中，會(huì )因為種種原因混入水分，加速油液乳化、劣化，使其理化性能發(fā)生變化等問(wèn)題，因而有效地脫除油中的水分一直是工業(yè)用油的研究熱點(diǎn)之一。迄今油水乳化液的處理方法有添加化學(xué)破乳劑、pH調和、重力或離心沉降、電破乳、諧波破乳、真空分離法等。而真空分離是在一定真空條件下，利用油、水的不同沸點(diǎn)而進(jìn)行脫水、脫氣的，真空濾油機就是利用這種方法來(lái)實(shí)現乳化液脫水、脫氣的一種裝置，其操作簡(jiǎn)便，脫水效率較高，處理速度快，成功應用在工業(yè)、農業(yè)和電力等行業(yè)用油設備的脫水處理上。但真空濾油機的脫水率的高低主要受真空度、溫度、油膜蒸發(fā)表面積、蒸發(fā)表面的更新、蒸發(fā)持續時(shí)間等幾個(gè)因素影響。馬紅麟認為真空濾油機的凈化效率主要取決于真空和油溫，對需要作深度脫水、脫氣處理的超高壓設備用變壓器油至關(guān)重要，適當提高油溫和降低油粘度，
可以加速傳質(zhì)過(guò)程，提高凈化效率。但油溫不宜過(guò)高，一般控制在60℃以下，最高不超過(guò)80℃，以防油質(zhì)氧化或引起油中抗氧化劑的揮發(fā)損耗。郭蕾等采用了密集式噴嘴和特制網(wǎng)眼板相結合的脫氣、脫水結構，在不影響真空室內空氣流動(dòng)性的前提下，盡可能增大油液在真空室內所呈現的總體表面積，延長(cháng)油液在真空室內的滯留時(shí)間，從而提高了油液在真空分離室中的脫氣、脫水效率。黃福勝分析現有真空濾油機脫水效率低的原因，提出采用全真空系統、立式多延時(shí)分層真空分離、活動(dòng)真空分離罐和壓縮機制冷等方法提高真空濾油機的脫水效率并取得較好效果。
本文從理論上深入分析影響濾油機脫水效率的關(guān)鍵因素。首先針對典型的真空濾油機進(jìn)行了非定常數值模擬，揭示濾油機油水混合液在一定真空條件下的油、水、汽的三相流體動(dòng)力學(xué)特征。
1、數值計算模型
真空濾油機的典型結構示意圖如圖1所示。真空抽氣口連接真空泵，向濾油機內部提供一定的真空，具有一定溫度的油水混合液在標準大氣壓的作用下從濾油機頂部進(jìn)口管經(jīng)過(guò)流體分配器噴射進(jìn)入圓形罐體;在罐體中部設置有分離塔板，混合液在孔板中具有曲折復雜的路徑，油中水分得到充分的蒸發(fā)，其蒸汽向上通過(guò)真空抽氣口排出罐體，除去水分的油液沉降在罐體底部由出油口排出系統�？梢�(jiàn)，真空濾油機內涉及到3種流體:油、水和蒸汽，是一個(gè)傳質(zhì)和相變相互耦合的復雜分離系統。
圖1 真空濾油機的典型結構示意圖
1.1、控制方程
1.1.1、雷諾應力模型
雷諾應力模型(RSM)是求解雷諾應力張量的各個(gè)分量的輸運方程，完全摒棄了基于各向同性渦粘性的Boussinesq假設，包含了更多的物理過(guò)程影響，考慮了湍流各向異性效應，特別是旋轉效應、浮力效應、曲率效應等。真空濾油機內部三相流是復雜的湍流運動(dòng)，因而選擇雷諾應力模型的湍流模型使方程組封閉。
3、結論
(1)利用RSM模型和蒸發(fā)模型，建立了真空濾油機內油水汽三相動(dòng)力學(xué)方程組，通過(guò)設定邊界條件，對濾油機內部的復雜的三相湍流和相變運動(dòng)進(jìn)行了數值模擬，計算了其蒸發(fā)效率，并將水相沿軸向的體積濃度分布曲線(xiàn)與實(shí)測值比較，驗證了該模型的有效性。
(2)分析了濾油機內部壓力沿徑向的分布規律，分離塔板上部區域濾油機中心附近壓力梯度較大，靠近壁面附近壓力梯度較小，有助于蒸汽有向壁面運移的趨勢，實(shí)現液汽分離;分離塔板內部壓力趨緩，使蒸汽的徑向運動(dòng)和軸向運動(dòng)變慢，增大了在塔板內的停留時(shí)間。
(3)數值模擬較準確地模擬了經(jīng)向速度的分布規律，經(jīng)向速度最大的面把濾油機內部的流場(chǎng)分為了準強制渦和準自由渦，在外部的準自由渦內，經(jīng)向速度隨半徑的減小而增大，對蒸汽的攜帶作用減弱，有利于蒸汽在壁面附近被捕集;在中心區域的準強制渦內，經(jīng)向速度隨半徑的減小而減小，有利于將蒸汽甩向外部。
(4)軸向速度呈軸對稱(chēng)分布，由濾油機壁面向內，隨著(zhù)半徑的減小，軸向速度逐漸增大，利于蒸汽排出真空抽氣口;在到達最大值之后又隨半徑的減小而減小，將濾油機通過(guò)分離塔板分為分離區和蒸發(fā)區。
(5)分析了不同區域截面的汽相沿徑向的體積濃度分布，蒸發(fā)區的各個(gè)截面的體積濃度分布都隨著(zhù)半徑的增加而增加，在壁面附近濃度較高;分離區的兩個(gè)截面的體積濃度隨徑向增加而減小，與相應壓力和徑向速度的分析一致。
