基于CFD的井下混抽泵叶轮有限元分析

为真实反映螺旋轴流式混抽泵叶轮的受力状态,用CFD对叶轮进行了分析。首先对叶轮内的流场进行数值模拟,得到稳态流体压力,然后将CFD模拟得到的叶轮表面流体压力和温度场分析结果加载到叶轮模型进行热力学耦合分析,得到复杂叶轮的温度场、应力场和位移等分布情况。研究结果为优化叶轮结构设计和减少反复设计提供了参考依据,具有较为重要的工程实用价值。     

流体机械转轮内气泡运动轨迹的数值分析

采用气泡轨迹模型作为基本物理模型和边界元数值分析方法求解主流流场,分别以一离心叶轮和螺旋轴流式叶轮为例,研究了气泡在流体机械转轮中的运动情况,通过2种叶轮计算结果的对比分析,验证了螺旋轴流式多相泵在多相输送方面的优越性,得到转轮内气泡运动轨迹及其他一些很有价值的流动信息。     

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。     

流体机械转轮内气泡运动轨迹的数值分析

采用气泡轨迹模型作为基本物理模型和边界元数值分析方法求解主流流场,分别以一离心叶轮和螺旋轴流式叶轮为例,研究了气泡在流体机械转轮中的运动情况,通过2种叶轮计算结果的对比分析,验证了螺旋轴流式多相泵在多相输送方面的优越性,得到转轮内气泡运动轨迹及其他一些很有价值的流动信息。     

液相黏度对油气混输泵内流特性的影响

螺旋轴流式油气混输泵属于叶片式泵,具有结构紧凑、流量大及对固体颗粒不敏感等特点.目前国内外针对液相黏度对混输泵流场分布的影响研究较少.为此,基于CFD软件,选用标准k-ε湍流模型,以空气和油为介质,在不同液相黏度下对混输泵内流特性进行了数值计算.分析结果表明:液相黏度越小对混输泵叶轮内的压力分布影响越大,且从混输泵轮毂...     

井下螺旋轴流式混抽泵增压单元流场仿真分析

为了对井下螺旋轴流式混抽泵增压单元内部流场及相应的运行特性进行数值分析,建立了增压单元的CFD分析模型,将试验结果与仿真结果进行对比。计算时将叶轮区域设在运动坐标系,其余静止区域设在固定坐标系,紊流计算采用标准κ-ε模型和非结构网格,速度压力耦合计算采用SIMPLE算法,非定常计算采用一阶精度的时间项,使用标准壁面方程以考虑边界层。结果表明,应用Fluent仿真软件进行数值模拟能够获得叶轮、导轮及整个泵的外特性,还可以直观地认识泵内部流动的耦合与干涉机理,指导水力模型设计;通过数值模拟不但可以比较初始模型和优化模型,还可对不同的优化模型进行比较,对混抽泵的结构进行优化,从而完善设计模型。     

井下螺旋轴流式多相混抽泵轴向力计算及平衡

准确地计算井下螺旋轴流式多相混抽泵的轴向力并合理有效地平衡轴向力是该泵推广使用的关键。为此,对混抽泵的轴向力进行了分析计算,提出了平衡轴向力的具体方法,并通过试验验证了平衡方法的可行性,总结出轴向力的变化规律。认为产生轴向力的主要原因是叶轮前后两侧的压差、流体动反力及叶轮自重。提出轴向力的平衡方法有浮动叶轮法、集中止推法、平衡孔法及平衡孔加浮动叶轮法。研究结果认为,轴向力随含气体积分数和流量的增大而减小,其计算值和试验值的误差约为5.17%。最后指出轴向力计算方法和平衡方法具有较高的可靠性。     

螺旋轴流式油气混输泵结构参数优选与试验研究

在确定螺旋轴流式油气混输泵结构型式的基础上,以提高泵的水力效率为目标,对总体结构性能 参数进行了优选。通过分析叶轮导叶参数对混输性能的影响,对叶轮和导叶的部分参数加以调整,以达 到几何结构参数优选的目的。试验结果表明,该泵可以成功进行两相输送和多相增压。     

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。     

螺旋轴流式多相泵油气混输试验研究

通过对螺旋轴流式多相泵的室内试验，确定转速、流量等参数对多相泵输送性能的影响，依此对油田现场多相输送可能出现的各种情况进行预测，并成功进行了该泵在油田现场的油气混输增压试验，为螺旋轴流式多相泵的进一步研发积累了经验。     

Operation of Centrifugal Compressor as Annular Array of Blading

We demonstrate that the polytropic efficiency of modern centrifugal compressors can be raised to the level reached by axial-flow compressors. We consider systems of circulation flows around the impeller, the flows past the blading of axial and centrifugal compressors. And we make recommendations for the compressor blade design.     

带自旋自浮挡板的表面曝气装置气液传质特性研究

研究了Rushton桨、向下斜叶透平桨和平桨与不同直径和倾角的自旋自浮挡板组合的表面曝气装置的搅拌功率和气液传质特性。实验结果表明 ,自旋自浮挡板对Rushton桨的表面曝气性能有改善作用 ,且最佳尺寸为直径 6 2mm ,叶片倾角 6 0°;自旋自浮挡板在一定操作范围内可以提高向下斜叶透平桨的表面曝气性能 ,但不存在最优尺寸 ;自旋自浮挡板与平桨组合可使搅拌功率变大 ,但对平桨的曝气能力影响不大。     

直叶涡轮搅拌槽中流场的数值模拟

以PY型直叶涡轮搅拌槽为原型建立数值模拟模型 ,通过计算机流体动力学方法对其流场进行分析研究。数值模拟结果和激光多普勒测速实验数据吻合较好。对实际操作条件下高粘度流体在搅拌槽中的流场模拟表明 ,搅拌叶轮位置、转速以及物料性质等因素对流场的分布影响较大     

螺旋分离器水流动特性的CFD模拟与PIV试验

设计了一种新的螺旋分离器,采用CFD数值模拟技术对螺旋分离器的入口管段、螺旋分离段及出口管段内流体流动速度场及压力损失分布特性进行了分析,结合PIV流场测试试验对分离器的入口管段和出口管段内流体流动速度场进行了测量和对比分析。介绍了螺旋分离器油水分离的工作原理、结构参数及PIV实验流程。结果表明：该螺旋分离器螺旋导流效果明显,在螺旋分离段及出口管段内具有持续时间长、离心分离强的螺旋流分离流场;流体流过螺旋分离段后,在出口管段内可形成稳定的螺旋流场;通过对比分离器内入口管段及出口管段PIV试验速度测量值与数值模拟值,结果吻合良好,验证了模拟结果的可靠性;通过分离器的压力损耗分析,指出了螺旋分离器的主要压力损耗位置,设计工况下的分离器最大压力损耗不超过90 kPa。     

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。      

宽幅电潜泵叶导轮设计与性能试验

针对海上油田应用的常规电潜泵存在高效区范围有限、大排量扬程偏低等问题,开展了宽幅电潜泵叶导轮设计。应用CFTurbo建立宽幅叶导轮模型,通过优化叶片包角和叶片厚度,减少水力损失,提高泵效。利用Ansys软件探究叶导轮内部压力场和速度场分布规律,并应用3D打印样件和铸造样件进行性能试验,在额定工况点效率分别达到62.87%和65.83%,数值模拟结果与二者误差分别为6.1%和1.3%,随排量变化趋势一致,验证了数值模拟结果具有一定准确性。采用数值模拟和3D打印样件复合验证方法费用低,周期短,适合进行多轮次叶导轮优化设计,缩短了最终方案设计周期,并提供了试验参数。最终设计的宽幅电潜泵单级叶导轮高效区相比于常规电潜泵拓宽15.7%,额定点效率提高10.21%,满足海上油田生产井提液稳产需求。     

叶片前间隙对风机性能的影响

某3台小流量氮气循环高速风机的空气试验结果差别较为明显,对比其结构参数发现叶片前间隙尺寸相差较大,而该尺寸值对风机性能有明显影响.为研究间隙值对性能的影响,对风机过流部分进行CFD三维流场数值模拟计算,其结果为:当间隙值较小时压比提升显著,间隙值对叶轮流场内部静压系数分布会产生影响,这是压比改变的原因;小间隙尺寸时叶顶...     

离心式低剪切泵的设计研究

用理论和实验两种方法对离心式低剪切泵进行了设计研究。根据低剪切的特点 ,初选现有离心式泵 ,对叶轮叶型、流道等参数进行改造设计 ,总结出一系列实现低剪切的设计准则 ;分别对改进前后的离心泵叶轮进行了剪切对比实验 ,在各种流量下改进叶轮均比原叶轮出口油滴平均粒径高出 10 %左右 ,改进是比较成功的。对离心泵的低剪切设计研究进行了有益的探索 ,得出了设计离心式低剪切泵的设计准则 ,对泵的优化选型有一定的指导意义     

φ79 mm固液混输轴流泵叶片设计与分析

为加快"双梯度钻井系统关键技术研究及应用"国家重点研发计划项目的实施,研究设计了满足深海天然气水合物开采特殊工况的φ79 mm固液混输轴流泵,基于传统的升力与流线法两种主流的泵叶设计方法进行了多参数叶轮设计。选用Particle多相流模型进行水合物固液两相流数值模拟,对比分析了两种造型方法下的叶轮特性。通过研究不同半径处叶片表面静压以及叶片表面固相体积分布,预估了两种轴流泵在变流量下的性能。选择基于流线法设计的轴流泵为优选方案,进一步研究其在变颗粒直径和变体积分数工况下的固液两相流的流动特征。研究结果表明:基于流线法设计的轴流泵叶片扬程与效率更适合实际开采工况需求;随着颗粒直径和体积分数的逐渐增大,基于流线法设计的轴流泵叶片表面固相体积分数明显提升,导致扬程下降。研究结果对于固液混输轴流泵进一步的优化设计及现场应用具有一定的参考作用。