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本文介绍了在三个不同的流体系统（高级的ExxsolD60/nitrogen，合成天然气，在一个真正的压力范围高达114巴拉天然气）中三种不同除雾器的分离效率，整合使用两个无量纲参数：
（1）重新夹带参数
（2）韦伯数。
所得到的结果显示
多年来大量的研究文献一直致力于预测旋风除尘器的性能和除雾器对粒子/液滴（接近他们的切割粒径）的作用.解析和计算流体动力学（CFD）这两种模型已经建立.虽然解析方法仍经常在预测某一旋风分离性能时处于优势，但计算流体力学很好的的揭示了分离器中无法直观获得的流动模式的细节.在计算流体力学，一个非常重大的发展是大涡紊流模型（LES），它的计算密集型，避免了在许多其他类型的经验论湍流模型（见，例如德克森等人最近的成果）。
然而，计算流体力学仍然主要有用于研究纯气体或低负荷的固体或液体流动;对高负荷流动状态，它与siginificant双向耦合，导致CFD模拟越来越不可靠和不准确。
在现实中，对于在较高液相负载和切割粒径下，影响分离器的分离性能的因素中占主导地位的是液体的再夹带，，而不是液体液滴的渗透。
特别是，在一个常用的气体洗涤配置进口叶片和薄雾垫后，最后分离步骤，是一轴流式旋风和再夹带银行，从旋风可能限制分离性能。
对于旋风分离器高液相负荷和再夹带问题的文献研究几乎没有，NGet等人研究了在上升气流下旋涡管能的液相流动和再夹带问题。
他们安装测试了漩涡叶片设计上的提高，通过使用叶片而不是轴向流动来，延迟液相流动和夹带的发生。
本篇文章描述旋风分离器中再夹带如何影响其分离效率，它在天然气气体洗涤器处于最后一步的内部分离作用。
2.再夹带机理和现有的两种模型
这个章节给出两种主要的再夹带机理轮廓。
2.1.机理。
不同流动状态中处于主要地位的机理是不同的。
艾史和格鲁木总结了四种从液态膜到其上气流的夹带机理。
其中两种和我们这项工作有关；显示在图1。
夹带机理的适用程度取决于雷诺数
表示液态膜的厚度，
表示平均速度，
和
分别代表液体的密度和粘性。
Г代表每单位湿周膜上的液体流动，
.Г有时被称为“液相载荷”。
但是我们用这个术语表示在液滴载荷气流量中的液态体积浓度。
我们和卫兰一样定义雷诺数；这比艾史和格鲁木的定义低四个等级。
艾史和格鲁木发表的论文称存在一个最小雷诺数，这种情况下无论液态膜上的气流速度多大都不会发生夹带。
另一方面，极大雷诺数情况下液态膜处于完全混乱，对于起初夹带所需要的气流速度独立于雷诺数1.这两个雷诺数不能被确切量化。
但最低极限雷诺数依赖于重力场中流向是上还是下，可以从2到160.最大极限雷诺数可以从1500到1750.
2.2极大液态膜雷诺数，波动夹带。
艾史和格鲁木考虑到气体作用在液态膜上的拉力和液体表面张力的平衡作用，推导出一个判定波动夹带的标准，在2970能源和燃料，11月21日，NO.5。
，2007中提及。
图一
图一。
假定当拉力大于表面张力的情况下发生夹带。
Fd≥F
依据夹带开始的判定标准得到
当
时
当
时
公式中，ug表示表面气体流速，u1和p1分别代表液体粘度和密度，pg代表气体密度。
Nushiyi是一种粘性数，最初亨利用它来分析气流中液滴分解的问题。
这个数字把内部流引起的粘性力比作表面张力，微滴夹带中使用时由下式确定：
表示液相和气相之间的密度差异。
表达式
单位和长度相同，和泰勒不稳定性的临界波长成比例。
重力加速度g的依赖性，由多波浪表面重力的稳定效用解释。
2.3.最低极限雷诺数，底切夹带。
当Re1变得很低是，证据表明，低波浪夹带不再发生。
然而，正如罗什发现的一样，当气流速度足够高时，夹带仍然可能发生，如同图一下方图片中显示的一样。
罗什使用九种不同的液体发生夹带，表面张力从30到78不等。
他的研究中，罗什使用两个无因此的量解释夹带的发生，液态膜韦伯数，We，当液态膜厚度在长度尺度的情况下使用，还有一种是“相关参数”，S
当速度大于25m/s时，他发现夹带起初发生的韦伯数几乎是独立于S的（S大于5），当S较低是则取决于S。
3实验设施
本论文中，我们分析的结果来源于不同的装备实验。
装备和结果在其他三篇文论中已经描述。
每一种装备都有其各自的优点和局限。
其中一种是低压的装备。
这种装备能达7bara，应用有两个液体系统：
空气/水和空气/Exxsol。
另一种是高压设备压力能达到100bara。
也有两种液体系统：
氮气/Exxsol和一种由甲烷，乙烷，n戊烷合成的自然活性气体。
三是一种大规模的支柱气体处理设施的实验设施。
这中装备能在大于150bara的压力下操作。
一种通过干天然气和天然气冷凝物重新组合的活性气体，被用作液体系统。
物理流动性能的范围在表1中给出。
注意，在活性自然气体高压大规模装备中，液相的物理性质变化剧烈，因为在给定压力下的相平衡控制产生的合成物。
表面张力由维囊和凯子曾在甲烷戊烷混合物中使用的简便方法测得。
图二显示的是大规模装备中的实验洗涤器的三维图解。
其他两个洗涤器的结构是相似的，除了横断面积以及因此旋风库中旋风分离器的个数不同。
低压装备中由7个旋风分离器，高压装备有2个，大规模装备中由31个。
进口导向叶片的作用是把气态载荷均匀的分布在洗涤器的横断面上，分离液态。
洗涤器工作时，雾垫被液体充分掩盖，可以分离更多微滴，作为旋风分离库发的聚合器。
最后一道工序是使用旋涡叶片产生回旋流的旋风分离库，这里有很多旋风分离器，可以并行工作。
现存环境中轴向流旋风分离器是最重要的一个设备，在图四中图解。
三种装备中旋风分离库用的都是这种型号和尺寸的旋风分离器。
表2给出了实验设施的概述和用于产生结果的操作条件。
4气体洗涤器及其模型中旋风分离器的再夹带
4,1，基本假定。
图六显示了高压设备下获取的一些数据。
显然，随着通过旋风分离器气体速度的增加，分离效率降低。
一般而言，这个装备的旋风实验结果显示，随着气体流速和液相载荷的增加分离效率降低。
结果还显示，液相残留要比压力大并且使用天然气流动代替氮气时大很多。
表1显示，两种系统气液相的密度和粘度很相似，但是凯尤甚表示天然气系统中表面张力明显小很多，就像表1最后一列显示的那样，这或许可以作为两种系统许多不同的原因。
本篇论文中，我们进一步探讨，我们在考虑到物理性质差异的前提下使用这两个系统的结果绘成一条曲线。
所有的旋风模型，包括我们从轴流旋风中推导得来的，都显示当微滴足够小，小到分离效率取决于微滴尺寸时，分离效率会随着体积气流量和液相负荷的增加而增加（后者是因为联合效应）。
然而，如果再夹带是决定性因素，随着体积气流量和液相负荷的增加效率应该降低。
因为从三套装备的结果看，我们假定旋风分离器的液相扣减是由早就发生在分离器器壁上的液相再夹带决定的。
我们现在尝试引入一个参数，来统一艾申和格鲁木的工作结果。
他们的工作只研究再夹带的开始阶段，我们还研究再夹带的比率。
接近微滴夹带发生的时候，随着气相流速的增加，夹带比率也缓慢增加，但是是一个相对比较大的夹带部分，夹带比率增加变快，并且和表面气流速度成线性相关。
因为旋风分离器内部再夹带的微滴承受离心力，所以我们可以把液相残留看做是在旋风分离器内壁或出口再夹带和被捕获的动平衡。
我们建议，这种动态平衡可以依据艾史和格鲁木用过的两个力的比率来决定。
拉力和保留力
当再夹带主导时
我们发现，再夹带很大程度发生在分离器的边缘。
例如，卫兰称分离器裂缝形成的小水流限制了分离效率。
然而，它使用的是较大的表面张力和较小的液相负荷，这与我们系统所遇到的相比，会增加爬行流量。
而且，我们假定，设备边缘产生的再夹带收到和液膜一样的物理参数的决定。
然而，我们需要改造这个理论以适应现在的情况：
在强回旋流的作用下液膜沿旋风分离器的壁流动。
4.2.理论改进。
首要的任务是确定Re1，方程式1中的液态膜雷诺数。
在上升旋涡气流的影响下，液态膜以水平夹角α在旋风分离器壁上往上移动。
因此如果我们把湿周定义为正常流向下的液膜厚度（结果是润湿面积不能用PwH计算，H表示旋风分离器高度），我们可以这样计算湿周Pw=piD/cosα。
气体沿水平β角的角度移动，β是从旋涡叶片的出口角度，近似的，我们假定液态沿相同角度移动，即α=β。
如果我们进一步假定，液态膜上总液体流量中流向旋风分离器的部分是η，比如，大多数进入旋风分离器的液滴太大以至于基本上立即被抛到内壁上，我们得到Re1
艾史和格鲁木发现从最低雷诺数夹带到过渡态夹带对于水平流和垂直上流发生在水平临界雷诺数Re1=160（按照他们的定义），对于垂直下流发生在Re1=2的时候。
过渡态到紊乱态发生在Re1超过1500到1750的时候。
当Re1用于高压设备计算时，大多数氮气装备处于低混乱态，而大多数天然气设备处于过渡态。
如果过渡态理论用于处于低雷诺数设备的实验中，速率降低时结果的准确度大大降低。
然而，总而言之，最好使用同样的理论分析所有的结果，以避免不同理论之间在预测上造成的不规则跳跃。
这个分析中，所有的高压设备结果都看做成处于过渡态。
艾史和格鲁木的理论基于两个基本假设：
（1）波浪夹带的开始取决于拽拉力和液体表面张力的平衡。
（2）为了计算波浪的振幅，a，假设波浪中的流动为平流，液态膜中流动为紊流，并且平流波浪上侧和下侧的剪应力和其他液态膜的一样（气体对液态膜的剪应力和液态膜对器壁的剪应力是相等的，应为液态膜没有加速度）。
本片论文不讨论这些假设的是非曲直，而是接受这个对于我们系统经过实践考验的模型，它和包含离心力和重力的一些模型不同。
我们还注意到卫兰运用了两个再夹带发生的判据：
一个是微滴由剪应力产生，另一个是由周围的气流产生。
和艾史跟格鲁木相比，我们这里注重微滴的产生，但是，就像上面所说，模型必须可以描述旋风分离器器壁再夹带和捕获的动态平衡。
Nu选择的长度度量，
，是泰勒不稳定性的临界长度，因此可以表征液态膜上波长的长度特点。
这个长度尺度包含重力加速度，g。
我们用作用在液态膜上的离心力代替它，
/R，
是液体速度的切线分量，R是旋风分离器半径。
因此，找到
=u1cosα是必要的，下面我们仿照艾史和格鲁木的方式进行。
如果我们把气体作用在液膜上和液体作用在器壁上的剪应力切线分量分别用
和
表示，我们可以说
是气液相的相对速度，假定近似于气体速度，因为ug远远大于ul。
解这两个方程式得
我们需要气体在液态膜上面流动的摩擦因子，
。
瓦利斯在一个直径为D的管子内研究紊流
现在情况是，流动以差不多45度得角度选择，我们使用R代替D，R是旋风分离器半径
液相摩擦因子
（这里我们沿用艾史，格鲁木的用法）能通过胡歌马克的液膜经验公式得到
气体摩擦因子的取得需要液态膜厚度的信息。
显然
现在对于这两个未知量
，
我们有两个表达式。
是最后一个需要找到公式9中的
去估计作用在旋转液态膜上离心力的参数。
显然
测量显示，旋风分离器的平均轴向速度Uz大约是0.8倍的器壁上的速度，并且轴流速度在通过旋风分离器的时候几乎不变，所以
4.3.再夹带数。
在本实验中高压设备雷诺数的计算基础上，大多数实验似乎都处在过渡态，这时夹带取决于Re1，就如上面说的。
对于所有那个装备里的实验，Nu﹤1/15。
假定过渡态是旋风分离器内部的主要液态膜状态，公式3中的判据可以用于公式6中的力比，因此，我们得到再夹带数
如上论述，在公式4中用
/R代替g来估计Nu。
论据a意味着粘度的影响还没有确定。
因此我们可以说分离效率，
是
（a）的函数。
艾史，格鲁木调整粘度的影响来适应最初夹带产生的数据。
因此影响在旋风分离器实验中也应该调整。
当不同物理性质和流体性能时，粘度的影响很重要，就像天然气和氮气，是标准。
所有高压设备实验的再夹带数都依据公式13进行计算，列于表7中。
因为许多低液相负荷的实验都表明，气流量增大效率提高，且都假定微滴尺寸对这些低负荷的效率影响中起基本的作用。
因此，只有液相载荷超过9L/h的实验包含在图中。
尽管所得结果和下图中显示的能覆盖大多数操作情况和不同的液态系统，但是他们是从一种旋风分离器中得来的别且可能比较依赖机器的几何因素。
然而，一般的其他型号的机构再夹带和这个很像。
如同图中显示的一样，功率a=0.4给出了天然气和氮气之间一种比较合适的适应。
然而，压力缩放比例，虽然已经不错，还可以更好。
因此，有人认为气体和液体的密度可以更精确的测得。
因此，对气液的密度比进行回归运算，发现缩放比0.8比较理想，如图8所示。
分离效率和再夹带数之间良好的相关性证实旋风分离器效率主要受液态膜再夹带的控制而不是良好液滴的渗透能力。
图8可以看作是最大可完成的效率，因为有这种特有几何形状再夹带的限制。
然而，如果旋风分离器入口的液相载荷中存有足够多的微滴尺寸可以比得上界限粒径，旋风分离器会承受额外的液相残留。
有这种情况的实验会比仅用再夹带数预测的效率低。
图8的结果中还有很多散播，但是考虑到所有的简单化和气液交互的复杂过程后，相关性仍然非常好。
液相扣减可能也会引起一些散播因为微滴的存在，尤其是一些高压天然气的情形。
一些重要的简化是：
（1）旋风分离器器壁裂缝的缓慢排液没有计算在内。
（2）液态膜在器壁上均匀分布（3）假定过渡态夹带，尽管一些实验中的液相雷诺数比艾史格鲁木给出的要小。
最后，离心场中微滴的行为和重力场中是有区别的。
4.4.低压再夹带，韦伯数。
如同高压装备时的情形，低压装备中旋风分离器的效率随着气液相流动的增加而降低，再夹带极限相同。
图9显示的是低压下相对于空塔气速旋风分离器中的分离效率数据。
液态的物理性质显示在表1中。
压力不是独立多变的，但都在2到7bara的范围内。
然而，低压下，Re1的计算值显示液态膜在波浪夹带可能的状态。
依据再夹带数绘成图像，性能的下降比高压装备时更快，如图10所示。
然而，再夹带数似乎也可以显示低压装备的结果，结果是在一个宽范围气液相流动和两个不同的液体系统中测得的。
因为速率一般比低压装备时高，由于底切原理再夹带还是可能的。
然而，就像我们之前提过的一样，韦伯数能更好的关联这些结果。
图11a显示的是依据公式10算出液膜厚度之后得到的We1数据。
显然的，结果在一条曲线上。
我们注意到，再低压装备中，液体密度和表面张力基本是不变的，液态膜的变化，韦伯数基本上等于气体动压力乘以液态比率。
当高压装备下的结果画到同一个坐标中之后，如图11b，数据点在整个坐标范围内全局分布。
这说明，We1在再夹带的控制中起决定性作用。
另一方面，进一步观察图像发现，We1不能很好的解释受压流体的性能差异。
我们总结，We1实际上能把这两个装备的结果整合到一起，这个是再夹带数不能做到的。
煤油是一种可以比拟ExxsolD60的液体，使用它实验时，万如色母发现6左右的韦伯数是再夹带产生的最低极限。
这个结果和图11a中显示的一致。
图11a显示再夹带在We1=6的时候开始变得剧烈。
还有，这个判据最初用来判断夹带的产生，而不是相乘分数。
4.5.规模的影响。
高压下的分离效率完全取决于再夹带，至少对流量大于9L/h的旋风分离器是这样的。
然而，K实验室中的实验显示，旋风分离器甲板的外壁处理量是旋风分离器内部的2.5倍，因为有不平均的液相分布。
因为随着液相载荷的增加，旋风分离器的分离效率降低，外部的旋风分离器分离效率或许会更低。
另外，如果旋风分离器库中央的一些分离器接收到小批量的液相但是产生比较好的薄雾，这或许会对效率有消极的影响。
早期的一些实验显示，我们可以相信某种程度上不平均的分布是由于叶片入口没有分散到液相而气相理想的通过。
高压小规模的装备中，只安装两个旋风分离器，显然，只能进行极少量的液相分布。
因此，当效率被再夹带限制时可以看做是最大效率。
图12中，测得的大规模分离器的效率和在高压装备中测得的最大效率进行比较。
结果依据再夹带数描点，计算中使用每个旋风分离器平均的液相负荷。
图像显示，K实验室中分离器库测试是受不好的液相分布的影响。
实际上，一种情况下，效率从期望的最大效率的0.8以上下降到0.4左右。
据笔者所知，大规模装备中效率剧烈下降的影响，则一直没有论文阐述。
结果很重要，因为即使在气流速度，液相浓度，液相性能确定的情况下，它对大规模装备效率的主导影响可能导致小规模实验室的效率偏离。
再夹带数提供了一个对液相分布质量的分析工具。
5.结束语
（1）概述论述在旋风分离器效率被再夹带而不是微滴分离效率限制时，对旋风分离器建模和缩放的第一步。
（2）多压力多气流比率和多液相载荷下不同液相系统的结果以根据改进后艾史格鲁木多波浪再夹带发生理论计算出的再夹带数为背景绘制成图。
所有的结果都是在分离器器壁上液态膜的雷诺数Re1适中或者比较高的情况下获得的。
（3）低压两种不同液相系统宽气液流范围测得的结果，在液相薄膜韦伯数的背景下画到坐标系中，图像显示和卫如色母的低Re1
再夹带产生的工作一致。
（4）发表一种重要的降低分离器库的规模效果，可能是因为不同分离器之间的液相分配不好。
（5）为了进一步理解这种现象的发生，需要一种测量贯穿装备微滴尺寸的方法，能达到这点话在将来会有很好的优势。
鸣谢。
感谢挪威研究委员会贯穿HiPGaS项目的资金支持，以及挪威国家石油公司，康菲石油公司，挪威水疗院，维特科公司，联邦海事委员会康斯博海底所和阿尔克的工业赞助。
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