水力空化规律研究及其在油田污水处理上的应用

【摘要】： 空化是指由于液体中的局部低压使液体汽化,从而引起的空泡产生、长大和溃灭的整个过程。空泡溃灭时将产生瞬时的高温、高压、强烈冲击波和高速微射流。这种极端条件,足以使有机物在空化气泡内发生化学键断裂、水相燃烧、高温分解或自由基反应,满足降解有机污水的条件。水力空化具有反应装置简单、能耗相对小、操作方便、维护费用低、易实现规模化等优点。因此,研究水力空化规律,将水力空化成功应用于油田污水处理具有重要的实用价值和学术意义。 本文使用FLUENT软件分别对文丘里管、单孔孔板和多洞孔板三种不同的空化器,进行了空化流场的数值模拟,分析研究了操作参数和结构参数对空化强度的影响规律。结果表明:空化首先在压力最低点产生,空化区域与低压区域一一对应,空化强度越大,空化区域偏离管径最小处越远,且向下游偏移;空化强度随着进口压力的增大而增大,随着下游恢复压的增大而减小;对于文丘里管和单孔孔板来说:孔径比越大,空化现象越明显;收缩段长度与收缩段管径的比值越大,空化强度越大;空化器等比例缩放,尺度越大,空化效果越好;对于多洞孔板来说:孔径越小,空化强度越小;过流面积越大,空化强度越大;厚径比接近3.5时,空化效果较好。三种空化器相比较,多洞孔板更适合于油田污水处理所需要的强烈的化学效应。 建立了水力空化处理油田污水的试验装置,针对6种不同结构的多洞孔板,进行了污水处理试验研究。验证了水力空化处理油田污水的适应性,得出了操作参数和结构参数与处理效果的关系,验证了数值模拟的结论。 【关键词】：水力空化 污水处理 数值模拟 孔板 文丘里
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：X741
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 前言9-14
• 1.1 课题研究的意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 在废水处理领域的研究进展10-12
• 1.2.2 水力空化装置水动力特性数值模拟研究12
• 1.3 论文研究内容12-14
• 第2章 水力空化现象及产生的机理14-33
• 2.1 空化的产生和空化效应14-15
• 2.2 气核、空化数与空化类型15-22
• 2.2.1 气核悖论15-17
• 2.2.2 哈维的稳定空泡核子机理假说17-19
• 2.2.3 空化数与空化初生19-22
• 2.3 空泡动力力学22-29
• 2.3.1 Rayleigh-Plesset 空泡动力方程22-25
• 2.3.2 Rayleigh-Plesset 方程的应用25-29
• 2.4 空泡的溃灭29-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 水力空化器的数值模拟33-84
• 3.1 FLUENT 软件简介33-35
• 3.2 数学模型概述35-42
• 3.2.1 数值计算模型35-37
• 3.2.2 多相流模型37-42
• 3.2.3 水力空化产生的条件42
• 3.3 文丘里管的数值模拟42-55
• 3.3.1 网格划分及计算举例42-46
• 3.3.2 操作参数对空化强度的影响46-51
• 3.3.3 结构参数对空化强度的影响51-55
• 3.4 单孔孔板的数值模拟55-68
• 3.4.1 网格划分及计算举例55-58
• 3.4.2 操作参数对空化强度的影响58-63
• 3.4.3 结构参数对空化强度的影响63-68
• 3.5 多洞孔板的数值模拟68-80
• 3.5.1 模型简介68-69
• 3.5.2 网格划分及计算举例69-76
• 3.5.3 操作参数对空化强度的影响76-77
• 3.5.4 结构参数对空化强度的影响77-80
• 3.6 三种水力空化器的性能对比80-82
• 3.7 本章小结82-84
• 第4章 水力空化处理油田污水试验研究84-98
• 4.1 水力空化降解机理84-87
• 4.2 水力空化处理油田污水试验研究及结果87-97
• 4.2.1 试验目的、装置和方法87-90
• 4.2.2 试验数据处理及结果分析90-97
• 4.3 本章小结97-98
• 第5章 结论及建议98-100
• 5.1 结论98-99
• 5.2 建议99-100
• 主要符号表100-102
• 参考文献102-105
• 致谢105-106
• 个人简历、在学期间的研究成果106

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