涡轮钻具叶片电解加工过程多场耦合仿真分析

利用COMSOL软件仿真模拟涡轮钻具叶片在电解加工过程中,电场、流场以及电化学反应场之间的耦合情况。仿真结果显示,在整个加工过程中,电场参数始终均匀分布于加工间隙内; 加工间隙内流场参数的分布随着加工的进行逐渐变得均匀。在综合考虑了各物理场之间的耦合作用后,仿真得到了加工完成后叶片的型面轮廓。提出的多物理场耦合模型可以有效预测叶片的成型轮廓,且加工间隙内各场参数的均匀分布有效改善了阳极工件材料的表面质量。     

涡轮钻具叶片电解加工阴极工具设计

由于涡轮钻具叶片型线的设计愈加复杂,叶片的传统加工方法面临越来越多的加工难题。因此拟将电解加工技术应用于涡轮钻具叶片的制造领域,对涡轮钻具叶片电解加工阴极工具的设计进行了研究。以127 mm涡轮钻具叶片的设计为例:首先基于多项式曲线拟合的方法,在MATLAB中编程计算绘制出最初的叶片曲线;然后将得到的曲线导入AutoCAD,根据理论计算得到的叶片几何参数修补得到叶片型线的几何图纸;最后将叶片型线导入GAMBIT有限元前处理软件进行网格划分,并在ANSYS Fluent软件中进行流场仿真分析,同时在Tecplot360软件中进行后处理得到流场中流体的流向图、速度云图及压力云图。结果表明利用这种方法设计的叶片可以满足实际工作状况的要求。研究内容和结果为涡轮钻具叶片的电解加工研究奠定了良好基础。     

钻头保径对底部稳定器流场影响的数值模拟

为了对涡轮钻具近钻头减压稳定器棱叶片进行合理设计,深入研究稳定器数值模拟的真实性和内部流体流动特性,运用计算流体力学软件NUMECA,基于S-A湍流模型及SIMPLE算法对设计的钻头保径段、近钻头减压稳定器和涡轮钻具稳定器导叶结构组合段内部的流场进行了三维数值模拟。主要研究钻头保径结构对流体流动的干扰,及对稳定器内流场流动的影响。模拟结果表明钻头保径结构对流体流动方向干扰很大,对稳定器入口段流场流动影响较大。为了降低不必要的水力损失,设计稳定器叶片需要考虑保径结构的影响。     

54 mm涡轮钻具三维叶片造型设计与研究

针对涡轮转子不同半径圆柱层液体圆周速度不同，导致的液体与转子叶片产生冲击产生的水力损失问题，利用多截面造型方法建立了一种三维叶片涡轮。基于实际工况中从第二级涡轮开始，定子入口的流速是上一级涡轮转子出口流速，速度方向并不垂直于定子入口面这一情况，对现有的涡轮流道模型进行修正，建立了多级流道模型。通过数值模拟方法，对多级涡轮流道模型进行流场分析，得到中间一级涡轮的相关性能参数的特性曲线。研究结果表明：三维叶片涡轮压降更低，单幅涡轮压降减少约为12%;在最佳工况点处，三维叶片涡轮效率达到了60.25%,比直叶片涡轮高出约10%。考虑径向间隙对涡轮性能的影响，建立了相对应的流道模型，验证了方案的可行性。研究结果对涡轮叶片的设计和多级涡轮流场分析具有一定的指导意义。     

井下离心增压器流量突减过程瞬态数值模拟

井下环境复杂多变,机器人运送工具时易遇卡,导致机器人出现瞬时工作突变。为研究遇卡时流量突变对离心增压器外部瞬态特性和内部流动机理的影响规律,对离心增压器在不同流量递减规律下的特性进行数值模拟。模拟结果表明:扬程瞬态增量和流量变化率成正比;叶轮功率变化趋势和流量变化趋势相同;瞬态过程中的扬程驼峰和流量变化规律有关,合理的流量变化规律可以消除瞬态过程中的扬程驼峰及驼峰对内流场的影响;监测反导叶导流器单流道内9个点的总压变化,流量变化率增大前,反导叶叶片工作面进口处总压最大,叶片背面出口处总压最小,流量变化率增大前、后总压变化规律不同;分析反导叶导流器中间截面的流场演化图,流量减小或流量变化率增大,瞬态流动结构更加紊乱,流量越小,瞬态流场演化滞后于准稳态流场的现象越明显。研究结果对于推动水平井技术的发展具有一定的促进作用。     

基于CFD软件的涡轮流动特性数值模拟及敏感性分析

利用CFD软件模拟了单级涡轮的压力分布、内流线分布、纵截面速度分布。模拟结果验证了所创建实体模型的可行性;通过改变钻井液的排量、密度、塑性粘度及转子工况对涡轮钻具的输出压降和制动扭矩进行了敏感性分析,得到了与实际相符的结论。采用数值模拟得到压降值,结合水力学计算得到立压值,以便优选入口排量。     

烟气轮机进气锥内部流场数值研究及应用

烟气轮机是炼油厂催化裂化装置节能的关键装备，其工质为工艺过程中产生的具有一定压力的高温废烟气，烟气通过烟气轮机前端的进气锥流道整流加速后流向动叶片，动叶片叶身表面的压力差使其产生旋转的动力，从而带动鼓风机组工作或驱动发电机发电。但烟气中混合有催化剂固体颗粒物，目前进气锥的结构特性会引导烟气对动叶片叶身低截面处造成局部冲蚀，大幅降低动叶片的使用寿命。运用CFD软件分别对改进前后的进气锥流道模型进行流场数值分析，结果表明，合理的改进进气锥流道结构可改善烟气流场分布，有效缓解烟气对动叶片表面冲蚀不均的现象并减少气流在流道中的能量损失。研究结果可为优化烟气轮机结构设计提供理论依据。     

基于CFD数值模拟的换热器外导流筒结构选型

管壳式换热器壳程流场均匀分布能够改善传热效果,外导流筒的合理选型对流场均匀性有重要影响。然而,外导流筒结构多样,其选型设计多依靠经验,缺乏指导性方法。鉴于此,以筒体直径2 200 mm、入口接管外径720 mm的竖直管降膜式蒸发器换热段为研究对象,设计了外导流筒,建立了3种结构的三维实体模型。基于CFD数值模拟的方法,以平均速度和流场均匀性为衡量指标,研究了3种导流筒结构壳程纵截面和入口截面的流体分布效果,证明了外导流筒合理选型确实能够改善换热器壳程流场均匀性。定性结合定量分析得出:变截面圆弧过渡式外导流筒平均速度相对合理,流场均匀性最佳,是较适宜的导流筒结构。研究结果对外导流筒的选型设计具有重要意义。     

单、双入口旋风分离器环形空间流场的数值模拟

采用RSM模型数值模拟了单入口、双入口旋风分离器环形空间流场分布形式。结果说明单入口分离器径向速度量值总体约是多入口分离器的10倍。双入口分离器环形空间流场对称性较好,切向速度比单入口分离器大;径向向心速度小,可能会减少气流向升气管壁面夹带的颗粒量;且升气管近壁下行速度小而均匀,能减小芯管下方短路流量,分离器性能比单入口分离器好。根据环形空间流场还可以推测,双入口分离器对升气管外壁面冲刷能力强且作用效果均匀,可以有效抑制在气管外壁大块结焦物的形成。     

离心式空气压缩机叶轮内湍流的数值模拟

应用粘性标准两方程湍流模型、三维雷诺时均N-S方程,采用非定常数值模拟方法,研究了带分流叶片离心式空气压缩机叶轮内部的流场分布情况。研究结果表明,压力面的静压大于相应位置吸力面的压力,最大静压位于压力面后缘;最大相对速度位于叶片入口,长叶片吸力面有回流现象,短叶片对遏止回流有明显作用;长叶片压力面前缘压力非定常波动最严重,后缘其次,叶片中部的压力波动最弱。该项研究成果可应用于叶轮结构的优化设计及指导叶轮的再制造。