- 文献综述（或调研报告）：
对于流体混合物，其不同组分的分离可分为均相分离和非均相分离。均相分离是指各组分以分子的形式相混合、没有明显的相界面的多组分流体之间的分离；非均相分离则是指具有明显的相界面的各流体组分之间的分离。另外，还可以将分离过程分为机械分离和传质分离两大类。旋流分离器是一种利用分离物质间的密度差，在高速旋转时所产生不同的离心力而实现分离的设备。因此适用于旋流器分离的物料必须是具有一定密度差的多相液体混合物，密度差越大，分离过程越容易进行，反之越难。在分离器中进行的两相流动过程中，单独的颗粒在连续的流体中运动时，颗粒的受力包括自身重力、流体的浮力、离心力、流动阻力等，其中流动阻力可分为形体阻力和摩擦阻力，颗粒在流体中运动的总阻力是形体阻力和摩擦阻力之和，简称为曳力。[1]
旋流分离器的工作原理包括三个部分：首先，依靠切向输入流体的静压力产生旋转遇到弄；继而，在该旋转流中完成待分离物料的空间规律性分布；最后，经特殊的结构设计实现分离。液体正在旋流分离器中同时产生两种基本的同向旋转液流——顺螺旋线向下流动的外旋流和沿螺旋线向上流向溢流管的内旋流。旋流分离器中的主要参数包括基本结构参数、物性参数、操作参数和性能参数。结构参数可分为几部分来说明：进口部分、圆柱段部分、锥段、尾管段。物性参数主要包括分散相的颗粒尺寸，两相的密度、黏度及表面张力。性能参数是指反应一个旋流器各方面操作性能的量化指标，也是我们设计旋流器的主要依据。在大多数文献中性能参数以分离效率和压降为主。[1]
在赵传伟等[2]的井下双级串联式油水分离器的工作特性研究中，采用了双锥水力旋流器和单锥水力旋流器串联的分离器系统，基于代数滑移混合物模型（ASMM）和大涡模拟(LES)模型，采用 Gambit 软件建立双级串联式油水分离器的模型，并将整个计算域划分成 18 块互不重叠的子区域，分别生成计算网格单元，再把各块拼接，生成总体网格，并使得块与块交界面上的网格保持一致。在ASMM模型中，水为主相，油为次相。在介质物性参数的设置中，对油滴粒径 d (mm)的分布进行适当的简化，简化后油相又被细分为六相，每一种粒径对应一相。在边界条件的设置中，入口边界采用速度入口，溢流口及底流口边界条件采用压力出口，固壁边界按无滑移边界条件处理，采用标准壁面函数法处理边界湍流。经过数值模拟及试验结果分析后，得到该分离器的分流特性及分离特性：入口流量在一定范围内时，总分流比随着入口流量的增大而逐渐增大；第一、二级水力旋流器的溢流口流量之比与总分流比的变化关系是确定的函数关系；随着总分流比增大，底流含油质量分数先减小后增大；额定工况下，第一级水力旋流器起了主要分离作用，分离出了绝大部分油，而第二级对于进一步降低底流含油质量分数起了关键作用。
关于油水旋流分离器内部流场的CFD模拟，文献[3]运用Gambit软件进行网格的划分时,由于入口附近区域的旋流最为强烈,因此对入口区域进行局部的加密,生成体网格,其他部分生成正六面体网格。这样既可以提高计算精度又可以加快计算速度。用FLUENT对分离器内部流场进行模拟和计算，得到分离器内部轴向流场和油相体积浓度分布：在分离器入口附近轴向流场主要由近壁的下行区和核心的上行区构成，靠近壁面处即外涡的轴向速度是向下的,而在中心处即内涡的轴向速度则是向上的，表明油水的分离主要发生在入口附近的区域；而在锥段和尾管段轴向流场主要是下行区,基本上不存在上行区，说明在这个区域附近,油水两相基本上不再进行分离,而是从底流出口流出；在器壁附近油相的体积浓度非常小,从壁面到中心油相的浓度逐渐增大,在溢流口附近处油相的体积分数达到最高。
在陆耀军等[4]的关于优选结构液一液旋流管分离特性研究中，对一种优选结构液一液旋流分离管的分离特性进行了较为系统的实验研究.实验测得该旋流管的临界分离粒径为30微米,而相同条件下国外典型产品,即F型旋流管的临界分离粒径60微米,表明这种优选结构旋流管的分离特性较F型旋流管显著改善。实验还对分离器的含油浓度、处理量和溢流比3个因素分别给定5种变化水平,以粒级分离效率为指标进行了较为全面的实验研究。结果表明：油浓度越高,油滴粒径越大或大粒径油滴越多,分离过程也就越易于进行;优选结构旋流管的分离特性随处理量的增加而提高,直到处理量达到某一数值时分离特性最好;分离效率随溢流比的加大而改善,其最佳溢流比约为4%或5%。
贾春强等[5]的关于某型航空发动机油气分离器内两相流动数值模拟研究中，用离散相模型(DPM)和雷诺应力模型(RSM)对某型航空发动机油气分离器进行了数值模拟，得到了流动速度场和油滴运动轨迹。油气分离器内部几何结构复杂， 网格划分采用四面体和六面体网格相结合的方法，得到了较高质量的网格。边界条件的设定中，入口处采用压力入口边界条件，出口采用压力出口边界条件，油气分离器的所有壁面均采用无滑移边界条件。根据数值模拟后的油滴轨迹和滑油分离情况，可知气流在旋转运动过程中， 油滴因离心力及自身的惯性作用，将与壁面发生碰撞，进而被壁面吸附发生分离， 因此油气混合气与壁面的碰撞是油气分离的重要机理。湍流流动中的基本方程有连续方程、雷诺平均方程，在基于RANS模型下，雷诺平均方程中的Reynolds应力项在平均运动方程中是多出来的因变量，因为造成平均运动方程的不封闭。为了解决这个问题，人们不得不借助于物理模型的方法，就是建立一种湍流模型，使之能把Reynolds应力与平均流场的梯度联系起来，这样方程就能够闭合了。于是在1897年，Boussinesq提出了假设，他认为湍流运动与分子遇到弄具有完全相似性，并提出了湍流粘性系数Kij的概念，Reynolds应力正比于平均速度梯度。
对于旋流器的微米级颗粒的分级性能分析，文献[6]通过试验与数值模拟相结合的方法研究了入口速度和底流分率对旋流分级的影响。结果表明，随着入口速度的增大，分割粒度减小，分级精度提高；随着底流分率的增大，不会显著改变切向和径向速度，颗粒在旋流器内的沉降速度变化不大，但轴向速度会减小，使得颗粒在旋流器内的停留时间增加，分级效率提高。在模拟研究中，采用 CFD 软件 Fluent 研究微型旋流器内的流场及分级性能。湍流模型选用 RSM 模型，压力－速度耦合方式选用 SIMPLEC 算法，压力插补格式选用 PRESTO 格式控制。进料口设置为速度入口，底 流口和溢流口设置为自由出口。
在Guangdong Zhu等[7]关于地热/太阳能混合发电厂的太阳能场光学特征的研究中，可以看到在地热开采系统中，提高CO2-H2O的分离效率不仅能使地热发电效率提高，还可以实现CO2的重复利用，减少CO2的排放量。
综上，研究sCO2-H2O的分离特性是极为重要的，也是极需探讨的重要课题。
参考文献
