PDC钻头井下流动可视化实验研究与冲蚀分析

在自行开发设计的PDC井下射流实验平台上, 通过丝线法和高速摄影手段进行了PDC钻头井下流场结构的可视化实验。发现井下多股射流的流场为不稳定场, 在靠近钻头肩部的流道附近存在强烈的漩涡; 对流场的可视化研究表明破坏钻头的主要因素可能是随漩涡而冲击钻头壁面的岩屑和气相的溃灭冲蚀以及水力设计不合理而造成流道堵塞; 破坏出现的主要位置应是钻头头部多喷嘴之间的区域、喷嘴本身及其周围区域和筋板及流道的逆压力梯度区。因此, 有必要在多喷嘴射流的钻头上加设一中心喷嘴打破井下的涡结构, 以减轻对钻头中心部位的破坏。     

圆管中分层层流流动的新模型及减阻规律

本文提出了研究圆管分层层流流动的新模型，并利用该模型研究了圆管分层流动速度分布规律，得出了速度场解析表达式，最后，研究了分层流动的阻力规律，为分层掺气减阻提供了理论依据．算例表明，分层掺气可以实现有效的减阻     

旋转钻头非自由多股淹没射流的计算分析

为了研究非自由淹没多股射流流场的运动规律，了解非自由射流固壁及射流方式对流场结构的影响，利用计算机模拟了三维多股射流的几种情况，通过分析，揭示了流场的结构形成过程与运动规律。     

L管气液两相内流致振的流固耦合数值模拟

为研究气液两相混输管道的内流导致管道破坏的机理,利用ANSYS Workbench软件,建立L形弯管有限元模型和气液两相CFD模型,进行L形弯管内流致振的流固耦合数值模拟。研究结果表明:流体水平冲向弯头后动量发生改变,最大压力出现在弯角处;加载预应力的管道模态计算的频率比不加预应力的管道模态计算的频率略有增大,但幅度甚微;两相流动在垂直方向(y)上产生的振动最小,在水平方向(x)上的振动幅度次之,最大振动出现在没有固定约束的z方向;最大位移点应力随时间周期性变化,且变化幅度逐渐减小;两相流频率接近管道的2阶固有频率,易产生共振,因此应在z方向加固定约束。研究结果有助于解决海上平台管路振动问题。     

工程流体力学教学内容新体系构建

以学生基本素养、综合能力培养和个性发展为导向,针对工程流体力学课程既有较强的理论性,又与实际结合紧密的特点,从教学内容体系上进行教学内容模块化、体系内容次序调整、二阶段层次化改革调整,构建工程流体力学教学内容新体系,以适应时代发展的需要。     

PDC钻头水力学研究初探

借助计算流体商业软件NUMECA和预处理方法 ,对某厂 2 15 9mmPDC钻头采用结构化网格模型 ,由计算机模拟了钻头井下旋转射流流场 (A、B、C、D、E、F等 6个区域 ) ,并分析了流场的形成过程和主要特征。分析研究表明 ,现有PDC钻头井下流场出现了滞流和回流 ,这是钻井过程中产生“泥包钻头”的重要原因。另外 ,通过显示不同设计情况下对钻头流场总能量损失的影响 ,说明了钻头水力设计的重要性     

固相浓度对水-煤管道输送的影响研究

数值模拟了管道输送水-煤两相流动的流场,结果发现液固两相流中确实存在壁面滑移层,且滑移情况随固相浓度含量变化而变化。在煤粒径为1 mm的情况下,管内存在煤粒子向管道中心聚集的正滑移现象,这将有利于固相输送中能耗的降低,但固相浓度含量越高,粒子的这种聚集现象越不明显,而且单位管长的压降随输送煤浓度的增加而增大。     

三维旋转矩形通道壁面滑移流场的数值模拟与分析

采用了CFD技术,对旋转坐标系下空气在直通道内的湍流流场分别进行了整个通道旋转和一固壁静止三壁滑移的数值模拟,将计算结果与文献中的实验值进行了对比,吻合较好。计算表明,固壁完全旋转的流动在计算的转速范围内,主流速度峰值随转速增加而向压力面移动,二次流逐渐增强,流场具有结构性,且转速对流场性质影响不大;对一面固壁静止的流动,主流速度峰值虽然也逐渐移向压力面,但速度场明显有涡不断产生,且随转速不断增加,涡的数量增大,速度沿高度和宽度的分布均不再对称,流动具有了较强的三维特性。图7参4     

六刀翼多夹层PDC钻头井下流场的模拟与设计

为了深入分析PDC钻头的流场,从而优化PDC钻头的水力结构设计,利用计算流体力学技术,对六刀翼多夹层PDC钻头实体的三维流场进行了数值模拟。模拟直观地显示了钻头水眼设计存在的水力能量分配不均问题和流场的流动情况。流场的三维模拟结果揭示了CFD技术对钻头水眼位置和安装角度设计的影响。     

非对称多喷嘴平底钻头井底三维流场数值模拟

全面考虑三维、旋转、非对称多个喷嘴射流等多种因素,对垂直和倾斜射流分别进行了数值模拟,并详细分析了井底和钻头间各面上的数据。布置了非对称分布的4个喷嘴射流,明显地改善了井底流动状况。喷嘴倾斜射流能更好地加强井底流体的携带能力,彻底清除滞流或回流。但须注意在钻头表面上布齿时要避开涡,以减少流体对齿的冲蚀.