高含水旋轉(zhuǎn)湍流場中油滴分散特性的數(shù)值模擬

田洋陽，張春影，牛振宇，何利民

（1.中國石油大學(xué)（華東）儲運(yùn)與建筑工程學(xué)院，山東青島266580；2.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安710065；3.西安長慶科技工程有限責(zé)任公司，陜西西安710018）

旋轉(zhuǎn)湍流場在各類流體機(jī)械（如泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、旋流器）中廣泛存在，其中涉及氣相、液相等多相的流動與分離[1-4]，液液流動并未受到像氣液流動被廣泛的關(guān)注，其密度差非常小，黏度比變化較廣，且呈現(xiàn)出牛頓或非牛頓流體的流變特性。因此，許多氣液兩相的理論和結(jié)果都無法直接應(yīng)用在液液兩相流動中。

液滴形成機(jī)制和特征尺寸對分析液液分散相流動中的流體力學(xué)和輸運(yùn)現(xiàn)象是非常重要的。通常，旋轉(zhuǎn)湍流場中液滴的尺寸分布取決于液滴破碎和液滴聚結(jié)兩個過程，其都與液滴周圍的湍流場的速度有關(guān)。在分散相濃度很高的情況下，液滴的聚結(jié)過程必須考慮；但當(dāng)含油體積分?jǐn)?shù)小于10%時，液滴的特征尺寸由液滴破碎機(jī)制控制[5]。

湍流外力趨向于使液滴變形和破碎，動態(tài)壓力對液滴尺寸影響最大，其是由與液滴尺度相等的距離內(nèi)的速度變化引起，與液滴周圍的湍流場的速度有關(guān)。但是，湍流是隨機(jī)且不可準(zhǔn)確預(yù)測的，甚至在單相流場中也是如此。分散流中液滴與連續(xù)相中的湍流渦相互作用方式很多，其取決于液滴和渦的相對尺度。這些相互作用通常伴隨著液滴和渦運(yùn)動的變化，會進(jìn)一步影響液滴的破碎。

綜上獲得準(zhǔn)確的旋轉(zhuǎn)湍流場中液滴尺寸分布難度非常大，根據(jù)筆者調(diào)研可知，湍流場中液滴尺寸分布問題的研究較成熟，其中最具代表性的是攪拌器中兩相體系分散相的破碎。……