旋流除砂器作为油气田生产过程中的常用分离设备,其使用的安全性及实用性是制约其应用和发展的关键问题。本文采用FLUENT数值模拟与理论分析相结合的方法对不同结构参数下旋流除砂器的内部流场及壁面磨损情况进行了分析研究。主要研究内容和结论如下:(1)基于气固分离原理,建立了旋流除砂器几何模型。采用雷诺应力模型(RSM)、对流项的QUICK离散格式、压力梯度项的PRESTO!格式和压力速度耦合SIMPLEC算法对旋流除砂器气相流场进行数值模拟计算,分析研究了气相流场速度、压力和湍流分布规律。(2)对旋流除砂器内的气固两相流进行了数值模拟,观察颗粒运动轨迹可知粒径的大小对运动轨迹和分离效率均有影响。通过气固两相模拟计算可知:除砂器壁面磨损部位严重区域主要在入口环形空间、分离空间筒体区域的螺旋磨损槽以及锥体末端区域。(3)利用建立的磨损模型,研究结构参数对旋流除砂器壁面磨损的影响。结果表明:排气管插入深度的增长对环形空间壁面磨损呈下降趋势,对筒体及锥体空间呈增加趋势;随着锥度的变小,筒体及锥体沿轴向向下磨损率逐渐降低;随着入口面积的增大,环形空间的壁面磨损率逐渐减小。(4)模拟讨论除砂器不同结构参数对旋流除砂器的压力损失以及分离效率的影响:旋流除砂器压降随排气管插入深度的加深而增大,随筒体段高度增大而减小,随锥度的增加而降低。旋流除砂器的分离效率随着排气管插入深度的增大而增大,随着锥体锥度的增大而减小,随着筒体段高度的增大呈先增大后减小趋势。