平椭圆弯管冲蚀磨损数值模拟

为了研究天然气运输过程中含砂气体对弯管的冲蚀磨损特性并提高弯管的耐磨性,在充分分析圆管流体冲蚀特性的基础上提出了平椭圆管道。利用气固两相流冲蚀方程对平椭圆管道弯头进行冲蚀磨损分析,研究了不同长宽比的平椭圆管道的冲蚀速率和冲蚀区域形状,从中优选出合适的长宽比,并分析了不同质量流量、不同粒子直径及不同气体流速等工况下粒子对管道冲蚀的影响。分析结果表明:相比于普通圆管,平椭圆管能明显降低最大冲蚀速率,随着平椭圆管长宽比的增大,最大冲蚀速率逐渐下降;当长宽比达到1.4后,最大冲蚀速率下降的速度明显降低,因此认为平椭圆管最适宜的长宽比为1.4,此时最大冲蚀速率下降了21.9%;当粒子直径增大时,平椭圆管弯头处的最大冲蚀速率先升高、后降低、再升高,冲蚀区域基本保持不变。所得结论可为平椭圆弯管抗冲蚀措施的制定提供参考。     

基于CFD的压裂球座冲蚀磨损数值模拟

在水平井压裂改造过程中,压裂球座的存在改变了流域的几何形状,进而影响了压裂液的流动状态,同时携砂压裂液在管道中快速运动,导致球座表面出现严重的冲蚀磨损现象,这使压裂球座的坐封配合性能下降,影响投球打开滑套以及后续压裂施工等操作的正常进行。基于CFD软件Fluent,建立了井下球座的流体动力学模型,分析了球座锥段角度、压裂液黏度和砂粒粒径等参数对井下流态以及球座表面冲蚀磨损速率的影响规律。模拟结果表明,磨损率的最大值出现在球座锥段与小圆柱段的连接处;球座表面冲蚀磨损率随着球座锥段角度的增大而快速升高,却随着压裂液黏度和砂粒粒径的增大而降低。     

基于CFD的旋风分离器壁面磨损数值预测

针对旋风分离器在工业应用中存在的磨损问题,采用数值模拟的方法对其壁面的磨损问题进行了预测和分析。颗粒轨道计算时只考虑颗粒与气相之间的相互作用和颗粒的湍流扩散,选用相间耦合的随机轨道模型来计算分离器内颗粒的运动。流场计算采用Fluent中的QUICK差分格式和Simplec算法,选用325目的滑石粉作为模拟计算的对象。结果表明,旋风分离器壁面磨损呈不均匀分布,主要的磨损部位有分离器顶板、环形空间上部以及锥体的端部附近,随着入口速度的增加,各部分的磨损量都有不同程度的增大,且总体趋势一致。     

基于ANSYS的多相输油管道弯管内流场数值模拟研究

输油管道由于空间有限或需改变流动方向,常需安装弯头进行连接,弯头处流体的速度、压力分布不同于直管.本文从流体力学的角度应用Ansys Workbench18.0软件,定性定量分析弯径比、弯头数量对弯管内部流场及冲蚀速率的影响.结果表明:弯径比越小流经弯头时的切向速度增量越大,冲蚀磨损速率越大,推荐弯径比R/D在2～3范...     

弯管中液固两相流固粒对壁面磨损的数值模拟

对弯管内液固两相流在低浓度(初始体积分率为3%-8%)中运行的壁面磨损过程进行了数值模拟研究。对不同角度弯管壁面处的磨损率进行了预测和比较,模拟研究结果为弯管内多相流防、除垢技术的工程设计提供了一定的指导作用。     

弯管含砂流流场与磨损模拟

含砂流在石油工业中较为常见,是引起设备失效和材料破坏的重要原因之一。引起的这些故障可能导致不可预测的停工和风险,严重影响油井的正常生产。利用FLUENT软件对较易产生磨损的90曘弯管含砂油流流动情形进行了模拟,得到了不同流速下含砂油流在管内的压力场、速度场分布规律,以及管壁处磨损量的分布规律,得出不同速度与冲蚀角对磨损量的影响,此结果可为油品安全输运、流动参数控制及管线磨损防护提供一定的参考依据。     

基于CFD的双流道钻头井底流场数值模拟

针对高低压双流道钻头的井底流场建立了二维模型,利用CFD及有限元方法对模型进行网格划分、设置边界条件并进行计算。通过分析喷嘴压力、井底流场压力及流体速度等数据表明:增加双流道钻头高压喷嘴的射流压力,在井底形成高压喷射可以降低井底流场的静压力,能够释放地层压力,提高PDC钻头的切削破岩能力,从而提高机械钻速。     

90°弯管气固两相流磨损研究

天然气在管道输送过程中,夹带的微小固体颗粒会对管道产生冲蚀磨损,进而引发管道失效。利用计算流体力学(CFD)软件能够模拟管内气固两相流流动预测壁面磨损量,但过往的(模拟)研究未能区分出磨损的不同阶段,仅采用单一的冲蚀磨损量预测模型。为此利用气固两相流流场结果,通过分界角β将磨损过程分为两个阶段:颗粒对壁面的冲击与颗粒对壁面的滑动或滚动。并将上述两个阶段采用不同的磨损量预测模型(Tulsa模型与疲劳磨损模型)作为用户自定义函数(UDF)加入计算软件中。计算结果表明:磨损量随着颗粒直径、颗粒密度、气体流速、弯径比的增加而增加。磨损量随不同影响因素的变化趋势,与分界角的变化趋势相似,证明了分界角是一个能综合评价弯管冲蚀磨损特征的参数。利用拉格朗日法分析了颗粒的碰撞特征,结果表明:二次碰撞位置更加靠近弯管出口,极易位于弯管焊缝的热影响区内,磨损情况将会加剧,甚至加速焊缝热影响区内的微裂纹扩展。     

基于CFD数值模拟的立式中心搅拌器有限元分析

通过CAD软件建立了立式中心搅拌器实体模型，采用计算流体动力学（CFD）方法对搅拌器内流场油水两相流进行了数值模拟，得出其密度分布、迹线图和固液交界面的压力场分布等。对固体结构划分有限单元网格后将固液壁面压力值通过形函数转化为单元节点的集中力，进而运用有限元法对搅拌器进行强度分析，为搅拌器结构尺寸设计提供定量依据。     

基于CFD的水下采油树生产通道流动数值模拟

水下采油树生产通道是海洋油气井井底油气产出的通道,通过对通道进行开启和关闭以及节流实现对油气生产的控制。在介绍水下卧式采油树结构的基础上,运用CFD软件对水下采油树生产通道进行流体动力学三维数值模拟,研究液压驱动生产主阀开启和关闭的流动特性,并对生产通道的设计提出建议。建模时入口条件设置为速度入口边界条件,出口为压力出口边界条件,壁面为无滑移边界条件。分析结果表明,流体在直角拐弯处有较大的压降,设计时应尽量增大弯道角度和半径,合理布置采油树各部件,减少流道拐弯次数;闸阀开关过程中上游形成暂时的压力舱,应尽量减小主阀开闭对压力的影响。     

基于CFD的不同流向弯头冲蚀过程的数值模拟

弯头作为改变介质流向的管件,在管路系统中承受着较大的冲击以及突变的压力,因此冲蚀成为弯头失效的主要原因。利用计算流体动力学CFD软件对四种不同流向以及水平放置弯头的冲蚀过程进行了模拟仿真,对比分析了五种情况下弯头的冲蚀率和冲蚀面积。结果表明:(1)弯头的外弧面处存在着最大压力值,含砂气携带着砂粒在该区域大量聚集,且在弯头外弧面区域极易发生冲蚀磨损;(2)当弯头中介质流向从上往下时,弯头平均冲蚀率是1.2763 kg/(m~2·s),最大冲蚀率是14.69 kg/(m~2·s),相对介质流向从下往上的情况均是最大的;(3)当弯头是水平放置的时候,其冲蚀面积达到了0.046 11 m~2比其他4种情况都大。     

基于FLUENT软件的喷砂器磨损规律数值模拟

在水平井压裂施工过程中,喷砂器出现严重偏磨现象。利用FLUENT软件中的离散相模型、冲蚀磨损模型,结合冲刷磨损试验结果,对冲蚀磨损模型中的系数进行修正,对喷砂器的内部流场及内外壁的磨损规律进行数值模拟,分析得到了喷砂器产生偏磨现象的原因,可为水平井压裂施工提供理论指导。     

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。     

气体钻水平井的携岩CFD数值模拟研究

文章研究了气体钻水平井的携岩问题，发现水平井气体携岩的规律与垂直井有本质不同。目前国际上流行的斜井、水平井气体钻井流动计算与井下真实情况相比有很大差别，从而导致计算得到的携岩气体需求量过于偏小，难以保证井下正常携岩、清岩。用CFD软件对水平井段钻柱躺在下井壁，并造成偏心环空内流体的问题进行了大量不同工况下的流场分析，其研究结果对改善环空流场、确定合理的输气量参数、提高流体的携岩能力等，提供了理论依据。     

９０°弯管气固两相流磨损研究

天然气在管道输送过程中,夹带的微小固体颗粒会对管道产生冲蚀磨损,进而引发管道失效。利用
计算流体力学（ＣＦＤ）软件能够模拟管内气固两相流流动预测壁面磨损量,但过往的（模拟）研究未能区分出磨损的
不同阶段,仅采用单一的冲蚀磨损量预测模型。为此利用气固两相流流场结果,通过分界角β将磨损过程分为两
个阶段：颗粒对壁面的冲击与颗粒对壁面的滑动或滚动。并将上述两个阶段采用不同的磨损量预测模型（Ｔｕｌｓａ模
型与疲劳磨损模型）作为用户自定义函数（ＵＤＦ）加入计算软件中。计算结果表明：磨损量随着颗粒直径、颗粒密
度、气体流速、弯径比的增加而增加。磨损量随不同影响因素的变化趋势,与分界角的变化趋势相似,证明了分界
角是一个能综合评价弯管冲蚀磨损特征的参数。利用拉格朗日法分析了颗粒的碰撞特征,结果表明：二次碰撞位
置更加靠近弯管出口,极易位于弯管焊缝的热影响区内,磨损情况将会加剧,甚至加速焊缝热影响区内的微裂纹
扩展。     

天然气放喷管线弯管流场的数值模拟

天然气开采时,因井底积液的存在而生成酸性液体腐蚀管道,缩短管线服役年限,甚至酿成重大事故,需采取安全放喷措施。在向大气的放喷过程中由于日产气量的变化,导致流速和压力的波动,可能会产生巨大的抬升力和横向摆动力,尤其在弯管处可能会产生应力集中而导致事故发生。在此以计算流体力学(CFD)为基础,利用GAMBIT软件建立90°弯管和120°弯管的三维模型,用FLUENT模拟出在不同的日产量条件下,放喷过程中90°弯管和120o°弯管内的流场应力和速度分布,通过分析建议在放喷管线设计时尽量采用120°弯管,应避免使用90°弯管。     

基于CFD的液固两相流冲刷腐蚀预测研究

为了分析液固两相流中固体颗粒对设备的冲刷腐蚀现象,基于湍动能和耗散率方程,利用RNGk-ε湍流模型,对整个喷嘴冲击模型区域进行了全三维粘性流动模拟,采用FLUENT软件中随机轨道模型对喷嘴,中击模型中的离散相颗粒进行追踪,模拟分析了液固两相流中固体颗粒对样本平面的水平冲刷速度和冲刷角度的分布规律。将模拟数据代入腐蚀率函数得到模拟腐蚀率,与实验数据进行对比,预测结果与实验结果吻合,为液固两相流冲刷腐蚀预测提供理论基础。     

不同工况下异径管冲蚀磨损数值模拟研究

运用Fluent软件中的DPM模型,对不同入口颗粒浓度和入口速度情况下异径管的冲蚀磨损进行数值模拟研究。通过数值模拟分析得出异径管的流场分布情况以及冲蚀部位分布。结果表明:在变径区域由于流道变窄使流体加速流动,导致颗粒湍动能增大,进而对变径区域壁面造成严重冲蚀;在相同入口颗粒浓度情况下,异径管的冲蚀速率随着入口速度的增大而上升,冲蚀严重区域的位置与尺寸将发生移动和变化;在相同入口速度下,异径管的冲蚀速率随着颗粒浓度的增加而接近于线性上升,冲蚀严重区域的位置与尺寸几乎不变。     

基于CFD的水力旋流器流场模拟研究

介绍了一种利用CFD软件进行水力旋流器流场模拟的方法,展示了对旋流器流场最重要的几个物理量的模拟结果,即静压力、切线速度、密度以及空气柱等的分布情况。通过对以上几个主要参数的模拟结果分析,发现模拟结果基本满足(准)自由涡运动规律;对于具体结构的旋流器,可以利用模拟结果较准确地得出旋流器的结构参数n,为旋流器设计提供可靠的设计依据,亦可研究不同工况下水力旋流器的处理效果。     

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。