喻九阳，王家全，汪 威，彭 康，张思奥，孟观林，肖 涛

武汉工程大学，湖北省绿色化工装备工程技术研究中心，湖北 武汉 430205

水力旋流器工作原理是利用各相介质密度不同、所受离心力不一致，从而实现两相或多相分离，其中重质相通过底流口流出，轻质相由顶部溢流口排出［1-4］。由于水力旋流器结构简单、处理能力强、维修方便等优点，被广泛应用于环保、医药制造、石化、食品加工、纺织以及城市污水处理等行业［5-7］。近年来，随着全球页岩油气田的开采，非常规油气田的开发逐渐成为人类能源的重要来源［8］。但非常规油气田的开采存在单井和矿区产量随时间加长处理量减小的问题，严重影响了下游设备的工作效率［9］。水力旋流器作为旋流分离的关键装置，决定了相关设备的分离性能。因此，本文创新性设计一种主动适应的多管旋流装置，通过多根水力旋流管优化配置，智能调节工作旋流管数量和入口流量，保证了多管旋流装置的分离性能。通过对比单管旋流器，采用计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）数值模拟方法，研究了水砂处理液中砂粒浓度为10%时，随着入口流量、砂粒粒径的改变，两种装置分离性能的变化规律，为非常规油气田开采过程中多管旋流装置的应用提供理论基础和计算指导。

1 数值模拟与计算方法

1.1 几何尺寸

根据标准JB/T 9035-2015《水力旋流器》和旋流器处理量经验公式［10］，由公式（1）确定单管旋流器和多管旋流装置的结构尺寸，具体尺寸如表1 所示。

式中，D 为旋流器基本直径，cm；……