劉志濤 田洋陽 宋偉 趙季初 白通 崔之健

(1. 山東省地勘局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì) 2. 山東省地?zé)崆鍧嵞茉刺綔y(cè)開發(fā)與回灌工程技術(shù)研究中心3. 西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院 4.陜西省油氣田特種增產(chǎn)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 5. 中國石油青海油田采油一廠)

0 引 言

地?zé)崾且环N可持續(xù)利用的環(huán)保型清潔能源，很多國家對(duì)地?zé)豳Y源的開發(fā)利用都在逐年加大力度與投資[1]。地?zé)峄毓嗍介_采能夠維持區(qū)域儲(chǔ)層壓力，并且采出水經(jīng)處理后回灌可以有效減輕地?zé)崃黧w排放對(duì)土壤、地表水體和淺層地下水體的熱污染和化學(xué)污染。但地?zé)峄毓辔菜袛y帶的懸浮物、泥砂、氣體和微生物會(huì)導(dǎo)致熱儲(chǔ)層堵塞，地?zé)峄毓喽氯恢笔侵萍s地?zé)衢_發(fā)利用的難題[2]。因此，需要設(shè)計(jì)完備的地上尾水過濾系統(tǒng)對(duì)回灌流體進(jìn)行處理，其中去除尾水中的泥砂是必不可少的工藝過程。旋流除砂裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)[3]：①除砂處理時(shí)間短，分離效果好；②結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積??；③內(nèi)部無轉(zhuǎn)動(dòng)部件且不需要外部能量帶動(dòng)，操作簡單安全，易于維護(hù)，勞動(dòng)強(qiáng)度低；④可通過串聯(lián)或并聯(lián)連接滿足不同除砂效果和處理量要求，適應(yīng)性廣。故本文采用旋流分離技術(shù)對(duì)尾水中砂粒進(jìn)行粗分離。

液固旋流器的尺寸對(duì)分離效果起決定性作用。但目前液固旋流器最主要的設(shè)計(jì)參數(shù)是筒體直徑，仍按經(jīng)驗(yàn)方法取值，具有較強(qiáng)的主觀性和隨機(jī)性。處理量直接影響旋流分離中液相入口流速，也是旋流器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的考慮因素之一，通常作為操作參數(shù)研究其對(duì)分離效率和壓降的影響。處理量和筒體直徑一直是研究的重點(diǎn)，相關(guān)研究成果較多。ZHAO B.T.等[4]將旋風(fēng)分離器尺寸、操作條件和多相特性等聯(lián)系起來，定量研究了旋風(fēng)分離器尺寸和操作參數(shù)對(duì)顆粒切割粒徑的影響。M.AZADI等[5]先利用解析方法，研究了入口速度對(duì)不同旋風(fēng)分離器幾何形狀和壁面粗糙度的影響，發(fā)現(xiàn)過大的增加進(jìn)口速度不一定會(huì)提高更細(xì)顆粒的分離效率，反而會(huì)導(dǎo)致旋流器的壓降更高。隨后M.AZADI等[6]又針對(duì)3種不同尺寸的旋流器，利用數(shù)值模擬方法研究了入口速度和旋流器尺寸對(duì)旋流器水力分離過程和效果的影響，發(fā)現(xiàn)隨著旋流器尺寸增加，切割直徑和壓降也隨之增加。S.M.MOUSAVIAN等[7]通過數(shù)值模擬，研究了入口流量和旋流器筒體尺寸等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)分離效率和壓降的影響，但未考慮入口流量與筒體尺寸之間的關(guān)系。W.P.MARTIGNONI等[8]采用RSM和LES研究了旋風(fēng)分離器幾何形狀的影響，以改進(jìn)旋流器性能，分析了幾何效應(yīng)對(duì)工程的影響。

除了傳統(tǒng)的單一變量優(yōu)化方法，響應(yīng)面優(yōu)化、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和多目標(biāo)優(yōu)化等方法也應(yīng)用于旋流器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于不同幾何參數(shù)或性能標(biāo)準(zhǔn)之間的內(nèi)在關(guān)系有了更深入的理解。K.ELSAYED等[9]利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和響應(yīng)面優(yōu)化法研究幾何參數(shù)對(duì)性能的影響，優(yōu)化了Stairmand標(biāo)準(zhǔn)旋流器的結(jié)構(gòu)。L.M.ROSA等[10]針對(duì)FCC催化劑進(jìn)行試驗(yàn)研究，分析不同入口速度和負(fù)載比下旋流器中顆粒的運(yùn)動(dòng)，研究表明入口速度和固體載荷比對(duì)旋流器切割粒徑有顯著影響。P.SING等[11]采用Co-Kriging Surrogate模型多目標(biāo)優(yōu)化旋風(fēng)分離器的幾何形狀，該模型可作為多目標(biāo)優(yōu)化算法的替代，用于識(shí)別有限解的Pareto解集。R.D.LUCIANO[12]基于多目標(biāo)優(yōu)化，研究不同幾何形狀旋流器對(duì)壓降和分離效率的影響及壓降和分離效率之間的內(nèi)在關(guān)系，建立了可靠的多目標(biāo)優(yōu)化模型。

由此可見，關(guān)于不同幾何參數(shù)和操作參數(shù)的研究較多，并獲得了不同條件下幾何參數(shù)或操作參數(shù)最優(yōu)范圍，工程上難以直接應(yīng)用。但處理量等操作參數(shù)和筒體直徑等幾何參數(shù)之間緊密相關(guān)，而關(guān)于二者關(guān)系的研究較少。劉正權(quán)[13]通過線性回歸方程對(duì)常見煤泥重介質(zhì)旋流器直徑與處理量的關(guān)系式進(jìn)行驗(yàn)證，研究了入口壓力與處理量和直徑的關(guān)系，建立了新的旋流器直徑與處理量關(guān)系式，可作為煤泥重介質(zhì)旋流器設(shè)計(jì)計(jì)算和選型的依據(jù)。張澤幫等[14]通過對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)、操作參數(shù)和物性參數(shù)的對(duì)比分析，得出兩種臨界顆粒直徑及處理量的變化曲線和主要影響因素，并通過參數(shù)對(duì)比得到參數(shù)合理選擇區(qū)，可以用于指導(dǎo)碟式離心機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。綜上，處理量與筒體直徑之間的關(guān)系研究仍不充分，缺乏可供工程設(shè)計(jì)直接應(yīng)用的筒體直徑。

本文采用數(shù)值模擬和響應(yīng)面分析方法，在筒體直徑和處理量之間定性分析的基礎(chǔ)上，建立筒體直徑與處理量的定量關(guān)系，并通過室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。本文獲得的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式可為回灌流體除砂處理提供參考。

1 響應(yīng)面分析法

響應(yīng)面分析方法(Response Surface Methodology，RSM)：設(shè)計(jì)一套試驗(yàn)方案，將獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過多元二次回歸方程來建立影響因素與響應(yīng)值間的數(shù)學(xué)模型，并以此數(shù)學(xué)模型來確定最優(yōu)解，最終完成多變量求解。該方法將復(fù)雜的多變量未知數(shù)學(xué)關(guān)系在一定區(qū)間內(nèi)轉(zhuǎn)換為簡易的低階多項(xiàng)式數(shù)學(xué)關(guān)系，可大幅降低運(yùn)算難度，是解決實(shí)際問題行之有效的數(shù)學(xué)方法，目前得到了廣泛應(yīng)用。

1.1 響應(yīng)面概念與模型

設(shè)變量y與x1,……,xp有關(guān)系，設(shè)為Ey=f(x1,……,xp)。例如，變量y與因素x1、x2有關(guān)系，設(shè)為Ey=f(x1,x2)。如果已知Ey=f(x1,……,xp)的關(guān)系，則y與x1,……,xp的關(guān)系可全面掌握。

若Ey=f(x1,……,xp)的關(guān)系未知，則需要進(jìn)行試驗(yàn)或抽樣，由有限次試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)來估計(jì)Ey=f(x1,……,xp)(由部分來說明全體)?？刹捎名溈藙诹只蛱├照归_式來估計(jì)Ey=f(x1,……,xp)，即：

(1)

1.2 響應(yīng)面分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)

中心組合設(shè)計(jì)(Central Composite Design，CCD)和Box-Behnken設(shè)計(jì)(BBD)是常用的兩種響應(yīng)面分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。中心組合設(shè)計(jì)也稱星點(diǎn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)表在兩水平設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上加上極值點(diǎn)和中心點(diǎn)構(gòu)成。Box-Behnken設(shè)計(jì)同樣是一種常用的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，三因素BBD試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)點(diǎn)分布情況如圖1所示，立方體中邊線的中點(diǎn)為試驗(yàn)點(diǎn)。

圖1 三因素BBD試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)點(diǎn)分布情況

最為常用的響應(yīng)面分析擬合方法是多項(xiàng)式法，若因素關(guān)系較簡單則可選擇一次多項(xiàng)式，若因素間存在相互作用則可選擇二次多項(xiàng)式，若因素間相互作用更加復(fù)雜，則可選擇三次甚至更高次數(shù)的多項(xiàng)式。一般應(yīng)用時(shí)大多選擇二次多項(xiàng)式。

2 旋流分離器數(shù)值模型

2.1 幾何模型及網(wǎng)格劃分

本文采用的旋流分離器結(jié)構(gòu)如圖2a所示。利用SolidWorks繪制旋流器流體域的三維幾何模型，不同直徑筒體幾何尺寸如表1所示。以旋流器筒體直徑250 mm為例，將建立的旋流分離器流體域三維模型導(dǎo)入ICEM中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，利用Robust(Octree)方法劃分非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，確保網(wǎng)格質(zhì)量在0.34以上。網(wǎng)格劃分如圖2b所示。

圖2 旋流分離器模型及網(wǎng)格示意圖

表1 不同筒體直徑的幾何尺寸

為了保證數(shù)值結(jié)果與網(wǎng)格數(shù)量無關(guān)，針對(duì)直徑250 mm的旋流器劃分了5種不同數(shù)量的網(wǎng)格，分別為80萬、98萬、136萬、188萬和277萬個(gè)，并將z=-0.20 m處的速度做對(duì)比，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同網(wǎng)格數(shù)量下z=-0.20 m處的速度對(duì)比

由圖3可知，隨著網(wǎng)格數(shù)量不斷增多，z=-0.20 m處的速度峰值不斷增大，從12 m/s逐漸增大到16 m/s。但是網(wǎng)格達(dá)到了188萬后繼續(xù)增加網(wǎng)格數(shù)量，速度分布基本不變。綜上，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量達(dá)到188萬后，繼續(xù)增加網(wǎng)格數(shù)量對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較小，故網(wǎng)格數(shù)量采用188萬。

2.2 數(shù)學(xué)模型

湍流模型采用雷諾應(yīng)力湍流模型，多相流模型采用離散相模型。在實(shí)際數(shù)值模擬中，為了加速收斂，減少數(shù)值計(jì)算量，相間作用力只考慮阻力。入射砂粒密度為2 600 kg/m3，體積分?jǐn)?shù)為1%，粒徑為1×10-4m。

壓力-速度耦合采用SIMPLE格式，壓力的離散具有二階精度，湍動(dòng)能和湍動(dòng)能耗散率采用一節(jié)迎風(fēng)格式，雷諾應(yīng)力采用一階迎風(fēng)格式。入口速度類型為速度入口，方向垂直于入口面，大小根據(jù)處理量和入口面積計(jì)算。以處理量30 m3/h、直徑250 mm的旋流器為例，計(jì)算入口邊界參數(shù)，見表2。溢流出口和底流出口邊界設(shè)置為自由出口。在進(jìn)行DPM模型計(jì)算時(shí)，溢流邊界屬性設(shè)置為Escape，底流邊界屬性設(shè)置為Trap。壁面采用無滑移邊界，采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)來計(jì)算。

表2 ?250 mm旋流器入口邊界參數(shù)

3 筒體直徑與處理量關(guān)系

3.1 筒體直徑與處理量的定性關(guān)系理論分析

旋流器的處理量通常用單位時(shí)間內(nèi)通過入口管的液固體積流量表示，可由入口面積與入口流速乘積計(jì)算得到，其中入口管中平均流速與旋流器內(nèi)壓力降有關(guān)。國內(nèi)外學(xué)者提出的計(jì)算壓力降基準(zhǔn)面的位置與形狀的觀點(diǎn)較多，主要包括最大切向速度軌跡法、等壓面法和空氣柱界面法[15]，其中最大切向速度軌跡法應(yīng)用最為廣泛。本節(jié)基于最大切向速度軌跡法，利用數(shù)值模擬所獲流場特性，分析筒體直徑與處理量的定性關(guān)系。

針對(duì)?250 mm旋流除砂器，從不同z軸高度處的切向速度vt分布圖(見圖4)可以看出，在漩渦溢流管外圍的環(huán)形空間，切向速度沿徑向變化不大。在錐體部分，切向速度沿徑向有明顯的變化，各相應(yīng)斷面的器壁切向速度最小，由器壁沿徑向往軸心其速度逐漸增大，當(dāng)達(dá)到漩渦溢流管入口內(nèi)壁附近的相應(yīng)位置時(shí)出現(xiàn)最大值，隨后又減小。最大切向速度所在位置rm大約為0.25倍的旋流器半徑(rm=0.25R)，換算為溢流管半徑ro，則有rm=0.7ro。z=-0.10 m為溢流管下端截面，故在溢流管處速度為0。

圖4 直管段不同z軸高度處切向速度vt分布

旋流器分離過程中流體運(yùn)動(dòng)的切向速度分布遵從組合渦運(yùn)動(dòng)規(guī)律，切向速度與流體旋轉(zhuǎn)半徑的n次方成正比。將切向速度和旋流器半徑做圖，可獲得準(zhǔn)自由渦運(yùn)動(dòng)的速度分布特征，如圖5所示。擬合后切向速度指數(shù)n=0.557，具體切向速度分布函數(shù)如下：

圖5 準(zhǔn)自由渦運(yùn)動(dòng)的速度分布特征

vtr0.557=1.1

(2)

在旋流器分離過程中，壓力降由組合渦的半自由渦域壓力降Δp和強(qiáng)制渦域的壓力降Δpc兩部分組成，根據(jù)伯努利方程，對(duì)流體微元進(jìn)行微分變形后可得：

(3)

當(dāng)rc=0時(shí)，從器壁到軸心的最大壓力降為：

(4)

由上可知，rm=0.7ro，且旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)R/ro>1，忽略式(4)中方括號(hào)中的1，計(jì)算結(jié)果影響較小。根據(jù)調(diào)研，吉岡直哉的速度降低系數(shù)經(jīng)驗(yàn)式應(yīng)用效果較好，壁邊速度Ukt和最大切向速度Umt分別為：

(5)

(6)

由上可知，n=0.557，將其和式(5)、式(6)代入式(4)，經(jīng)整理后可得：

(7)

(8)

式中：D、Do分別為筒體直徑和溢流管直徑，mm；Din為入口直徑，mm；vi為入口流速，m/s；Δpm為實(shí)際最大壓力降，Pa；ρ為入口混合流體密度，kg/m3。

由式(8)可知，處理量與筒體直徑D、結(jié)構(gòu)參數(shù)Din和Do、實(shí)際最大壓力降Δpm和入口流體混合密度ρ有關(guān)。結(jié)構(gòu)參數(shù)Din和Do通常用筒體直徑D的倍數(shù)表示，入口流體混合密度ρ與入口含砂體積分?jǐn)?shù)αs有關(guān)，即ρ=ρw(1-αs)+ρsαs(ρw為水的密度，ρs為砂的密度)。令Din=C1D、Do=C2D，代入式(8)可得處理量的近似公式：

(9)

由式(9)可知，不同結(jié)構(gòu)的旋流器處理量與筒體直徑的關(guān)系不同，但從定性角度可以看出，處理量與筒體直徑平方成正比，與實(shí)際最大壓力降的0.5次冪成正比，與含砂體積分?jǐn)?shù)成反比，這可為建立筒體直徑和處理量的定量關(guān)系提供理論支撐。

3.2 基于響應(yīng)面分析的筒體直徑與處理量關(guān)系研究

處理量與筒體直徑的定性關(guān)系分析中包含較多簡化和假設(shè)，計(jì)算精度并不高，此外對(duì)分離過程的研究未考慮分離效果的影響，在實(shí)際應(yīng)用中具有較大的局限性。實(shí)際回灌處理中壓力降、水砂密度變化較小，因此本文僅考慮入口含砂體積分?jǐn)?shù)，基于響應(yīng)面分析法研究筒體直徑與處理量的關(guān)系。

3.2.1 響應(yīng)面分析方案

采用Design-Expert軟件進(jìn)行響應(yīng)面分析。為了建立處理量、含砂體積分?jǐn)?shù)和筒體直徑之間的關(guān)系，試驗(yàn)分析方案采用Box-Behnken設(shè)計(jì)。處理量、含砂體積分?jǐn)?shù)和筒體直徑這3個(gè)因素變化范圍分別為30～120 m3/h、0.1%～1.0%和150～350 mm，處理量、含砂體積分?jǐn)?shù)和筒體直徑的模擬方案如表3所示。

3.2.2 響應(yīng)面分析結(jié)果

按照表3進(jìn)行數(shù)值模擬研究，模擬結(jié)果如圖6所示。從圖6可知，處理量、含砂體積分?jǐn)?shù)和筒體直徑對(duì)分離效率和壓降的影響較大，分離效率E波動(dòng)范圍為55%～100%，壓降波動(dòng)在幾兆帕之內(nèi)。不同處理量、含砂體積分?jǐn)?shù)和筒體直徑組合對(duì)旋流器性能會(huì)產(chǎn)生不同的影響，采用響應(yīng)面分析可以準(zhǔn)確把握這種變化趨勢(shì)。分離效率較低的模擬案例對(duì)應(yīng)的壓降較高，說明此案例的旋流器結(jié)構(gòu)與入口條件不匹配。

圖6 處理量、含砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)和筒體直徑對(duì)分離效率和壓降的影響

表3 響應(yīng)面優(yōu)化方案

3.2.3 響應(yīng)面分析

選擇二次多項(xiàng)式回歸方程，通過F檢驗(yàn)?zāi)骋蛩厮礁淖儗?duì)試驗(yàn)結(jié)果是否有顯著影響，顯著性水平小于0.05時(shí)說明影響顯著，具體的方差分析表如圖7所示。

圖7中P-value越小，說明因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的作用越顯著。由圖7可知，與分離效率相關(guān)的線性項(xiàng)中，筒體直徑的影響最顯著，其次為處理量，而含砂體積分?jǐn)?shù)影響最小。二次項(xiàng)中，處理量的影響最顯著，其次為筒體直徑，而含砂體積分?jǐn)?shù)影響最小，此外因素間的交互作用均不顯著。得出的二次多項(xiàng)式模型的相關(guān)系數(shù)R2為0.968 5，但預(yù)計(jì)的R2僅為0.495 2，二者差值大于0.2。這表示模型可能存在問題，需要對(duì)模型進(jìn)行簡化。

圖7 方差分析表

由于因素的二次項(xiàng)不太顯著，各因素間交互作用均不顯著，故分別選用線性關(guān)系(Linear)和修正的二次項(xiàng)關(guān)系(Reduced Quadratic)進(jìn)行回歸分析，其中自定義關(guān)系是在二次多項(xiàng)式的基礎(chǔ)上去除各因素間交互作用，即AB、AC和BC項(xiàng)。方差分析結(jié)果如圖8所示。

從圖8可知，兩種模型的相關(guān)系數(shù)R2分別為0.873 7和0.967 8，且預(yù)計(jì)的R2分別為0.844 6和0.948 5，與相關(guān)系數(shù)的差值均小于0.2。說明這兩個(gè)模型都能夠準(zhǔn)確地表征處理量、含砂體積分?jǐn)?shù)和筒體直徑之間的關(guān)系，但修正的二次模型的相關(guān)系數(shù)更高，故選用修正的二次模型作為方差分析模型。由圖8可知，與分離效率相關(guān)的線性項(xiàng)中，筒體直徑的影響最為顯著，其次為處理量，而含砂體積分?jǐn)?shù)影響最小。二次項(xiàng)中，含砂體積分?jǐn)?shù)的影響最為顯著，其次為處理量和筒體直徑。

圖8 不同模型下的方差分析

通過方差分析建立修正的二次多項(xiàng)式模型：

(10)

由于式(10)僅為二次多項(xiàng)式方程，所以計(jì)算得到的分離效率存在大于100%的情況，均按100%處理，即此時(shí)可完全分離。

3.2.4 模型驗(yàn)證

為了驗(yàn)證式(10)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系的準(zhǔn)確性，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。試驗(yàn)系統(tǒng)由水砂混合系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)以及旋流器樣機(jī)組成。旋流器室內(nèi)試驗(yàn)的流程(見圖9)如下：水通過離心泵經(jīng)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)入攪拌罐，砂通過電子天平稱量后加入攪拌罐，水和砂在攪拌罐中混合，實(shí)現(xiàn)水砂先分相計(jì)量后混合。液固攪拌罐中，通過調(diào)節(jié)變頻器控制攪拌頻率，在罐內(nèi)液固兩相混合均勻后經(jīng)過離心泵增壓，進(jìn)入到電磁流量計(jì)計(jì)量，最終到除砂器。在旋流作用下，部分砂粒在流體作用下從溢流口被攜帶出除砂器，部分砂粒因?yàn)閼T性力和重力的作用成功從多相流中分離，并最終沉積到儲(chǔ)砂筒內(nèi)。完成一組試驗(yàn)后，對(duì)儲(chǔ)砂筒內(nèi)砂粒和被攜帶出除砂器的砂粒進(jìn)行收集、抽濾、烘干、計(jì)量，儲(chǔ)存在樣品袋內(nèi)，以便后續(xù)計(jì)算分離效率。為確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，減小操作誤差帶來的影響，每組試驗(yàn)重復(fù)3次。

圖9 試驗(yàn)流程圖

試驗(yàn)中除砂器分離效率Es的定義為：

(11)

式中：min為儲(chǔ)砂筒捕集到的砂粒質(zhì)量，kg；mout為除砂器出口攜帶出的砂粒質(zhì)量，kg。

以密度2 600 kg/m3的白色石英砂作為固相，液相采用清水。清水在20 ℃、0.1 MPa 工況下的密度為998.2 kg/m3，運(yùn)動(dòng)黏度為1.007 mPa·s。

由于室內(nèi)試驗(yàn)流量限制，選取4種不同處理量進(jìn)行試驗(yàn)，分別為0.4、1.3、2.6和3.9 m3/h，對(duì)應(yīng)表觀流速分別為0.02、0.08、0.16和0.25 m/s，試驗(yàn)所獲分離效率與經(jīng)驗(yàn)公式(10)計(jì)算的分離效率如表4所示。

表4 分離效率試驗(yàn)結(jié)果與公式計(jì)算結(jié)果對(duì)比

從表4可知，計(jì)算的分離效率與試驗(yàn)分離效率比較接近，相對(duì)誤差在18%以內(nèi)，滿足工程要求。誤差較大的原因是室內(nèi)試驗(yàn)中處理量均較低(小于3.9 m3/h)，與響應(yīng)面分析中處理量范圍(30～120 m3/h)差距較大，故還應(yīng)進(jìn)一步開展現(xiàn)場試驗(yàn)。綜上，式(10)可以較為準(zhǔn)確地描述處理量、含砂體積分?jǐn)?shù)和筒體直徑之間的關(guān)系。

4 結(jié) 論

(1)旋流器處理量與筒體直徑的平方和實(shí)際最大壓力降的0.5次冪成正比，與含砂體積分?jǐn)?shù)成反比。

(2)分離效率的影響因素中，筒體直徑的影響最顯著，其次為處理量，含砂體積分?jǐn)?shù)影響最小。二次項(xiàng)中，含砂體積分?jǐn)?shù)的影響最顯著，其次為處理量和筒體直徑。

(3)建立了旋流器處理量、筒體直徑和含砂體積分?jǐn)?shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證，在低處理量下，模型相對(duì)誤差在18%以內(nèi)，滿足工程要求。