随钻测井用涡轮发电机叶轮组水力性能分析

采用CFD方法对某型随钻井下涡轮发电机叶轮组进行数值分析,计算叶片的水力特性,预测叶轮的输出性能。首先,提取叶轮模型的几何特征参数,采用CFD分析软件FINE/Turbo建立仿真模型,并对叶轮组进行全三维数值仿真模拟,得出静子叶片出口流动角和转子叶片进口流动角沿径向分布规律,以及转子叶片压力系数沿径向分布等水力特性参数。然后通过计算得到叶轮的输出功率、输出扭矩和效率等宏观特性参数,并解释了叶轮输出特性与叶片水力特性之间的关系。最后通过试验验证数值仿真叶轮的转速误差在6%以内。研究结果可为叶片改型和叶轮输出性能的改进提供参考。     

基于正交试验的油气混输泵叶轮结构参数优化

以YQH-100型油气混输泵效率为优化目标,引入正交试验法对叶轮4种参数进行改变并重新配置,设计了一个4因素3水平的正交方案并得到9种不同模型。采用标准κ-ε双方程模型结合SIMPLEC算法,对各种不同结构组合进行数值模拟分析,得到最优方案;通过对数值计算的数据进行极差分析,获得了4个几何参数对效率的影响主次顺序,并得出了最优设计组合。     

部分流泵的三维流场数值模拟及叶片研究

利用CFD技术,基于N-S方程,应用标准κ-ε模型和标准壁面函数对单级部分流泵在设计工况进行了三维湍流数值模拟。为了验证不同的叶片进出口安放角并与螺旋形蜗壳搭配对切线泵性能的影响,设计3个不同的模型进行模拟,分析了叶轮流道内的压力场、速度场的变化规律,并预测出其性能曲线。结果表明,部分流泵的叶轮叶片进、出口具有合适安放角,可以减小性能曲线的陡降度,提高扬程,并使效率有所提高。     

叶轮式井底盘阀脉冲射流钻井工具性能分析与优化

为进一步提高钻井效率,基于井底不对称流场在清岩与辅助破岩等方面所具有的良好效果,设计了一种以小型水动力叶轮为驱动力来源的叶轮式井底盘阀脉冲射流钻井工具,并通过数值模拟及试验对水动力叶轮与该射流工具进行了优化设计。利用计算流体力学软件Pumplinx对叶轮区域进行了全工况数值模拟,通过分析内部流场的压力、速度以及湍动能的分布特性,总结了叶轮转速与阻力扭矩及轴向力之间的响应关系;通过在该射流工具进口段布置导流块、对叶片轮毂端进行光顺处理以及选取合适的叶片包角等优化措施,让叶轮进口流场得到改善的同时,提高了叶轮的水动力特性并消除了部分轴向力。模拟结果显示,初始叶轮在75 r/min转速下可克服的自然负载阻力扭矩从1.07 N·m提高到3.93 N·m。研究结果表明,所述优化方案能大幅提高叶轮式井底盘阀脉冲射流工具的脉冲性能,优化效果十分显著。      

脉冲射流动力机构的结构设计和数值模拟

现有文献针对脉冲射流动力机构脉冲特性控制的研究尚存不足,为此,以典型的叶片驱动盘阀式脉冲射流发生机构为研究对象,采用数值计算方法,从排量、叶轮内径、叶片个数、叶片型线安放角和阻力扭矩5个方面对动力机构的速度场、压力场、转速及压耗进行分析,揭示动力机构结构参数对最终脉冲特性的影响规律。模拟结果显示:内径与安放角对转速影响较为明显,转速随内径的增大先减小后增大,内径为56 mm、排量为15 L/s时转速最低达到546 r/min;在分析范围内,叶轮转速随叶片个数的增加而增大,叶片个数由3增加至6时,转速在600~1200 r/min间变化,不同排量下平均增幅仅为59 r/min;叶轮转速随安放角的增大而减小,不同排量下平均减幅为673 r/min。研究结果可为同类工具的脉冲压力和频率等特性控制提供理论指导。     

基于正交试验法与数值模拟的射孔弹优化设计

以穿深为设计指标,应用正交试验方法以确定聚能射孔弹各结构因素对穿深的影响。选择7个对穿深有影响的参数,用L8(27)正交试验表设计了7因素2水平的正交试验方案。利用LS-DYNA3D对全部情况进行了模拟计算。利用极差法对数值计算结果进行分析,分析得出各因素对射孔弹穿深的影响程度,炸高(G)对穿深的影响最大,为首要因素;罩锥角(A)、药型罩壁厚(B)对穿深的影响很大,次之;装药顶厚(F)及药型罩母线长(C)对穿深的影响较大,再次之;壳体大锥角(E)大于罩顶弧度(D)的影响;得出了A1B1C2D1E1F2G2为最优方案。对优化方案组打靶验证,其穿深数据满足设计指标,可综合应用正交试验设计和数值计算进行射孔弹设计。     

水力脉冲空化射流发生器参数优化试验研究

为优化水力脉冲空化射流发生器的参数,采用设计的试验模拟工具及相应的试验台架进行了室内试验。着重研究了叶轮叶片数量、排量对压力波动效果的影响。试验结果表明,随着排量的增加,经过水力脉冲空化射流发生器的流体平均压力增大,压力波动振幅增大;在试验条件下,排量为13.67L/s时,采用3片叶轮,平均压力为1.25MPa,产生的脉冲效果明显,压力波动振幅为1.1MPa。     

基于正交试验的仰角式油水分离器结构参数优化

针对仰角式油水分离器结构进行了初步设计。为了提高分离器油水分离效率,引入正交试验法对其结构参数进行改变和重新配置,设计了8因素5水平的正交方案,得到50种不同的结构组合模型。采用Fluent 12.0软件对50组模型进行数值模拟,选取其中的25组进行直观分析,得到最优方案A;通过数值计算数据的极差分析以及结构参数对油水分离效率的影响分析,选取各因素平均油水分离效率最高的水平组合,得出最优方案B;将A、B两方案进行比较分析,最终确定仰角式油水分离器的最优结构参数组合为B方案。采用相同的数值模拟方法,得出优化后的分离效率比优化前提高4.972%,表明正交试验法在该型分离器结构参数的优化方面具有一定的工程实践意义。     

油井采出液预脱水用轴向水力旋流器的数值模拟

为提高油田经济效益,需对高含水油井采出液进行预脱水处理,轴向水力旋流器是较为理想的预脱水设备。借助Fluent对所设计的轴向水力旋流器内部流场进行了研究,得到速度场和压力场的分布情况,并基于此开展正交数值试验,探究不同结构参数对旋流器分离性能的影响,随后通过单因素数值试验考察了多个结构参数对分离性能的影响。研究结果表明,所考察的排油管直径、大锥角、小锥角、叶片高度、叶片螺旋升角和叶片数都将影响旋流器的分离性能,分析后认为最优的参数组合为排油管直径26 mm、大锥角25°、小锥角2°、叶片高度10 mm、叶片螺旋升角65°、叶片数为8。所得成果对于推动轴向水力旋流器的工业化进程有重要的参考价值。     

CO2吞吐工艺操作参数的整体优化设计

针对ZY油田原油CO2吞吐的工艺过程，建立了CO2吞吐数值模拟模型。应用数值模拟方法对CO2吞吐进行了实例分析，首先对该井的CO2吞吐参数进行了单因素敏感性分析，分析了CO2周期注入量、注入速度、焖井时间、采液速度等因素对CO2吞吐效果的影响。在此基础上进一步运用正交试验方法对CO2吞吐参数进行了优化，通过计算表明用正交试验优选法得到的优化方案比单因素敏感性分析所得的优化结果更为合理。     

两相流砂泵的设计

根据固液两相流体在泵内运动速度场和压力场的畸变规律，采用按试验泵级的最佳工况参数确定的无因次系数，进行了两相流砂泵的设计。在假定固体颗粒在断面上的平均速度相同以及固、液两相的进出口液流角均等于叶片进出口安放角的条件下，计算了叶轮进出口直径和宽度，给出了叶片进出口安放角的选取范围。四川石油管理局南充机械厂根据以上方法设计的150NSP型砂泵，经现场试验，各项性能指标均达到了设计要求，使用效果较好。     

输送粘油时叶轮几何参数对离心泵性能的影响

试验研究了以叶片数及叶片出口角为代表的叶轮几何参数对离心泵输送粘性油性能的影响。在离心泵试验台架上,测量了输送不同粘度油品时不同叶片数及叶片出口角叶轮的外特性;对比了在泵送不同粘度介质时叶片数及叶片出口角对离心泵性能的影响程度。试验表明,叶片数与叶片出口角对离心泵性能的影响程度随输送油品粘度范围的不同而改变。分析可知,输送油品运动粘度低于１００×１０－６ｍ２／ｓ时,增大叶片出口角,能有效提高泵的输送能力;输送高粘油时,宜采用少叶片数叶轮。三叶片叶轮能在较大范围内延缓粘性对离心泵性能的影响。     

旋转射流钻头叶轮结构参数对射流流场影响规律的研究

为了研究旋转射流钻头中叶轮结构参数对射流流场的影响及其规律，分别对叶轮导向角β、叶轮叶片数n、叶轮长度L0进行了数值模拟。结果表明，当叶轮导向角口为50-60°、叶轮叶片数n为4、叶轮长度L0为20-25mm时，叶轮对流体加旋效果和能量传输效率达到最佳；其中，叶轮导向角口的影响最大，叶轮叶片数n次之，叶轮长度L0最小。     

导管架下水参数的正交优化设计

为了更加快速准确地优选下水参数,提高导管架下水方案的设计效率和质量,建立了导管架下水的参数化有限元仿真模型,采用正交试验方法,选取4个主要下水参数,设计了4因素5水平的正交方案,通过参数化批处理方式对所得25种组合工况进行了三维时域数值模拟。选取导管架泥面间隙、驳船摇臂最大支反力和导管架最大拍击速度等3个下水指标,进行参数敏感性极差分析与多指标综合评价。分析结果表明:下水参数对导管架滑移下水工程的安全性和经济性起着主要的控制作用。采用正交试验设计法可以直观地分析下水参数对下水指标的影响状况,分清各因素的影响主次。滑动摩擦因数对导管架拍击速度的影响最大,采用较大的滑动摩擦因数可有效增加下水过程的稳定性和可靠性。由正交试验法得出的优化方案比简单优化法得出的方案更加可靠和经济。所得结论可为导管架滑移下水方案的优化设计提供参考。     

避免冷却水循环泵汽蚀方法初探

初步阐述了防止水泵汽蚀采用斜切叶轮出口边及减少叶片数等方法对水泵其他性能的影响。     

圆盘泵叶轮结构参数正交优化分析

针对圆盘泵叶轮结构特点,利用FLUENT系统建立圆盘泵流体动力学分析模型,针对部分结构特征参数实现参数化建模。以获得最大压升为目标,分别对影响圆盘泵最大压升的单因素及多因素组合进行分析。针对多因素制定5因素4水平正交试验表,并对16种结构分别进行流体动力学计算仿真,得到影响圆盘泵最大压升因素的主次顺序及优化方案。为圆盘泵的设计提供参考。     

调控参数对涡轮钻具叶片性能的影响

涡轮叶片的参数调控优化设计能够较好地改善涡轮钻具的转矩、效率等水力参数。为此,基于贝塞尔曲线理论和流体动力学理论,通过理论分析、仿真模拟及试验对比等方法全面研究了涡轮叶片参数的设计对涡轮性能的影响。分析结果表明:提出的数值模拟方法可以系统地实现涡轮叶片从造型设计、性能预测到参数优化的全面分析;在低转速时,安装角对输出功率与效率的影响不明显,超过最优转速后其对效率和功率的影响显著,并且涡轮扭矩、压降、输出功率及效率随安装角的增大呈降低趋势;随着后锥角的增大,扭矩、压降及输出功率都呈增大趋势,因此涡轮要在最高效率下获得较大输出功率,可适当增大后锥角。所得结论可为高性能涡轮叶片型线的设计提供参考。     

涡轮钻具内部流场的三元流计算与研究

根据叶轮机械三元流动的普遍理论和涡轮钻具叶轮具体边界问题，建立了三元流动计算的数学模型，推导出了适用于叶轮机械三元流动计算的流函数方程，将三元流动计算流函数法成功地运用于涡轮钻具叶栅的数值计算。编制了计算SI流面（叶片到叶片间回转面）速度分布的计算机程序，并对几种涡轮钻具实例进行了数值计算和流动分析，同时进行了涡轮钻具台架性能试验。通过对理论计算和试验结果对比分析，指出了几种涡轮钻具叶片的不足。     

随钻堵漏工具旋流喷嘴优化设计

为了提高随钻堵漏工具的防漏堵漏性能,利用基于计算流体动力学理论建立的随钻堵漏工具旋流喷嘴的数值计算模型,研究了旋流喷嘴结构参数对随钻堵漏工具性能的影响。叶片导程和出口直径过大会导致旋转射流的速度较低;叶片数越多,叶轮的导流能力越强,旋转射流喷射的封堵面积也更大。研究结果表明,叶片导程、叶片数和喷嘴出口直径对旋流喷嘴性能有较大的影响。优选旋流喷嘴的相关参数对随钻堵漏工具防漏补漏性能的提升至关重要,为随钻堵漏工具优化设计提供一定的理论依据。     

导流条安放角对气固两相螺旋流动特性的影响

为了保证天然气的安全输送,对以导流条全程起旋的水平管中气固两相螺旋流动进行数值模拟研究。采用DPM模型和RNG k-ε模型对流体流场进行流-固耦合计算,研究不同导流条安放角对水平管内不同横截面流动特性的影响,并引入管道旋流效能评价参数ξ来表征单位长度上压降产生的旋流数大小,优选出最佳安放角。研究结果表明:导流条安放角越大,切向速度越大,轴向速度越小,湍动能越强,压降越大,导流条安放角20°的管道温度梯度变化较快,传热效率最高;在计算工况范围内整管段内颗粒不会在管底沉积,安放角25°的管道导流条附近颗粒浓度极大值区域最大;安放角在10°~25°范围内每增加5°,参数ξ增加0.12,并在安放角25°时达到极值;当安放角大于25°时,参数ξ开始减小,因此选取25°为最佳安放角。研究结果可为螺旋管流安全输送天然气水合物提供理论依据和技术指导。