可钻式涡轮定转子叶片高度优选

可钻式涡轮是新型套管下入工具旋转引鞋的动力来源。为提高可钻式涡轮水力性能,并控制工具串长度,基于NUMECA软件对不同高度的定子和转子叶片进行了高度优选。研究结果表明:随着定子高度增大,可钻式涡轮的转矩、压降、轴向力呈增大趋势,定子对流体加速效果先增大后减小; 定子高度12 mm为最佳值。随着转子高度增大,可钻式涡轮的转矩增加,且增幅随着转速增加而减小; 压降和轴向力逐渐增加,且增幅随着转速增加而增大; 转子高度为14 mm时,涡轮的水力性能最佳,流场分布更加合理。所得结果对新型套管下入工具研制具有参考价值。     

叶片数对水力减速级涡轮输出性能的影响研究

在涡轮钻具中装入一定数量的水力减速级涡轮可以显著降低涡轮轴的空转转速及工作转速,但目前对水力减速级涡轮的研究较少。鉴于此,借助NUMECA软件包,建立了不同叶片数的三维定转子模型,研究了定转子叶片数对水力减速级涡轮水力性能的影响。分析结果表明:在高转速下,随着叶片数的增加,水力减速级涡轮的制动扭矩呈先增大后减小趋势,轴向力呈先减小后增大趋势,压降呈先降低后增加趋势。当叶片数为30片时,扭矩、轴向力及压降等水力性能达到最优;某型号涡轮钻具100级涡轮级定转子配合50级水力减速级定转子,能够有效降低涡轮钻具的工作转速和空转转速。所得结论对水力减速级涡轮的设计具有参考价值。     

内插自旋直齿扭带换热管压降及流场数值模拟

为了直观地描述内插自旋直齿扭带管内压降及流场的特性,建立了以水为介质的内插自旋直齿扭带换热管内流场的计算模型,采用RNGk~ε湍流模型对管内压降及流场的特性进行数值模拟研究。计算结果表明,扭带管的压降Δp与流体的流速u成抛物线关系,压降随着流速的增大而增大,并且大于空管的压降;扭带管的流体呈有规律的三维螺旋状流动,且存在二次流,扭带的直齿结构增强了流体的湍流程度;在近管壁区域,扭带管的流体轴向速度比空管平均提高幅度在33.05%~35.17%。     

涡轮叶片型线结构对叶栅流场的影响研究

涡轮叶片型线影响涡轮液流压降变化和速度变化的平稳程度,从而影响涡轮水力能量转化效率。分析了涡轮叶片的结构参数,据此绘制出五圆弧叶型及三次多项式叶型涡轮的叶片型线,在此基础上,利用Fluent软件对常用的五圆弧叶型和三次多项式叶型的涡轮叶栅流场压力、速度变化进行了模拟分析。分析结果表明,三次多项式叶型涡轮的液流压降变化和速度变化比五圆弧叶型涡轮更平稳,因此前者的水力损失比后者更小,水力效率更高。建议涡轮钻具叶片型线设计时尽量采用三次多项式。     

液动周向扭矩冲击发生器内部流场数值分析

液动周向扭矩冲击发生器(简称扭冲器)用于解决较深硬质地层中的钻头"卡-滑"问题,其内部流场分布及压降直接关系到扭冲器的工作性能。为此,根据扭冲器的结构及工作原理,建立了扭冲器在不同工况下的流道模型,使用CFD流体分析软件,模拟其内部瞬态流场和压力分布情况,并将仿真结果与理论分析结果进行对比。仿真结果表明:扭冲器出入口压降与入口速度呈线性关系,其工作状态稳定;撞击锤的运动由其两侧压差驱动,且能在各流道的配合下进行周向循环运动,保证了扭冲器运动的连续性;扭冲器出口压力和流速均稳定,验证了结构设计方案的可行性及实用性。所得结论为液动周向扭矩冲击发生器的设计及性能优化提供了参考依据。     

井下发电机涡轮设计、动力模拟与性能试验

为了缩短涡轮研制周期,降低研制费用,在涡轮机械一元流理论基础上进行叶栅叶型设计,借助计算机辅助叶片造型,运用CFD软件对井下涡轮进行了全三维模型数值模拟和力学性能预测。模拟结果与试验结果对比表明,在涡轮转速低于1 000 r/min时相同转速下实测扭矩小于模拟扭矩,而高于1 000 r/min后相同转速下实测扭矩大于模拟扭矩,但两者相差不大;压降变化趋势基本相同,低转速下模拟压降稍小于实测压降;涡轮空转转速实测值稍高于模拟值。最后指出,一元流理论同计算辅助叶片造型相结合,通过合理调整相关参数满足流道、叶片型线和喉部折转角的检验要求,可以达到理论设计的预期结果。     

一种井下发电机的涡轮设计及其测试

根据涡轮机械一元流理论设计井下发电机涡轮的叶栅参数,叶片造型设计实现计算辅助设计,对所设计涡轮进行了三维建模和涡轮机械性能的CFD预测,其预测结果与试验基本一致,表明预测结果可作为设计决策的重要依据.在CFD流道建模中,流道模型包含了径向问隙,克服了跨叶片流道模型需要引进容积效率经验系数的局限性,提高了预测涡轮机械特性...     

基于CFD分析的涡轮钻具力学性能预测

以φ115mm涡轮钻具涡轮为研究对象，采用实体建模、CFD前置处理器等工具生成涡轮定、转子的单周期跨叶片流道计算模型，应用CFD(计算流体动力学)商用软件研究分析了其在不同转速下的内流场。重点分析了转子叶片表面压力场的分布情况，并将模拟结果与10级涡轮台架的实验数据进行了对比，证明CFD模拟分析的有效性，为预测分析涡轮钻具力学性能、改进叶型设计、提高叶型的水力性能具有重要的指导意义。     

基于CFD的节流-摩擦混合型ICD控制特征

为研究油气井流入控制器(ICD)完井技术,针对混合型ICD压降控制模型不完善的问题,进行了压降控制特征的分析研究,利用CFD软件开展流场流速和压力分布计算模拟,分析了流体流量、流体黏度和装置几何参数对节流-摩擦混合型ICD压降的影响。特别对比了摩擦型ICD与节流-摩擦混合型ICD在相似工况下流体不同黏度时的压降计算数据。分析结果表明:流体在节流-摩擦混合型ICD孔口处压力瞬时降低,流动时压力损失小,以节流压降为主;进入节流-摩擦混合型ICD后流速逐渐增大,在孔口处达到峰值,从孔口流出后,流速又迅速降低,在隔板流道中重新分布;流体流量是压降的主要影响因素,流体黏度是次要影响因素,隔板间距对压降的影响最小,可以忽略不计;与摩擦型ICD相比,节流-摩擦混合型ICD对流体黏度敏感性差,流体黏度差值一定的情况下,节流-摩擦混合型ICD产生的压降远低于摩擦型ICD产生的压降。研究结果可以为ICD完井工具的设计和现场应用提供参考。     

一种绕流管束雷诺数和特征尺寸计算新方法

针对匀速进气横掠管束的流动,采用Fluent软件和标准k-ε模型,建立二维网格进行了数值模拟。以绕流管束的沿程压降为流道流动压降的当量压降,分析了不同管束尺寸和不同流速下流动压降的变化规律,得到了绕流雷诺数及其特征尺寸随管束结构参数和流速的变化关系,据此提出了一种绕流管束雷诺数和特征尺寸计算的新方法。数值模拟结果表明,在绕流管束雷诺数及其特征尺寸计算中同时考虑管外径、管间距、排间距和管间流速的影响时,得到的绕流管束雷诺数及其特征尺寸能更真实地反映绕流管束结构尺寸和流速对流道或流场特征尺寸de的影响。     

涡轮式气流分级机压降分析及流场模拟

涡轮式气流分级机是超细铁矿粉的主要生产设备,在分级精度和分级效率上一直不高。为此,结合转轮转速和入口风速匹配关系,对转轮入口速度三角形进行分析,运用CFD流体动力学及力学相对运动理论对叶片间压降进行分析,得出分级轮叶片间速度分布规律。并利用FLUENT软件对不同叶片数结构转轮进行建模和数值模拟。数值模拟结果表明:转轮叶片长宽厚和进风速度对入口处流体的运动速度有直接影响;提高转轮转速能获得更细粒径,但容易造成流场不均匀,降低分级精度;通过适当增加叶片数能改进流体速度的分布规律,从而提升分级效率;提出了增加叶片数的新转轮设计方法,通过数值模拟和物料试验证明该新结构在一定工况下流场分布均匀,分级效率提升。研究结果对涡轮式气流分级机的设计具有一定的指导作用。     

涡轮旋转引鞋的研制与应用

针对目前国内完井管柱下入工具驱使套管下入水平段长度有限,难以到达预定深度,功率消耗过大,容易损坏套管引发事故等问题,研制了水力驱动涡轮旋转引鞋。通过建立涡轮定、转子的三维模型,并导入Workbench软件建立涡轮定、转子中液流流过的流道模型,在Fluent中对涡轮旋转引鞋定、转子的水力性能进行分析,完成结构设计、性能试验及现场试验。试验结果表明：该工具可通过液流循环实现引鞋头旋转,从而进行井壁的修整和井筒的冲洗,并帮助完井管柱顺利下入到预定位置;设计的涡轮旋转引鞋工具完成了50 h寿命试验,满足现场应用需求。所得结论可为水平井与大斜度井完井管柱下入工具的研制提供技术借鉴。     

旋转阀泥浆脉冲器转子水力特性研究

利用流体仿真法对所建立的泥浆脉冲发生器进行三维流场仿真,分析了定子、转子间隙及钻井参数等因素对泥浆脉冲器性能的影响;总结了这些因素对转子水力转矩和脉冲强度的影响。     

基于Fluent的水下采油树本体流动与传热特性分析

为了研究流体在水下采油树本体中的流动特性规律,针对中国南部某水下气田1500 m水深采油树,建立了采油树本体、油管悬挂器和内部流道模型,通过Fluent开展了水下采油树本体内部流场和温度场稳态和非稳态耦合传热仿真分析。结果表明,流体在采油树本体T型流道内流动时,流道内压力分布均匀,速度在通道转折处上拐角变大,下拐角流速变小,盲管段温度比流动区域低;入口温度、入口流速、海水温度和T型管尺寸都对流动和传热有所影响。最后通过在原模型基础上增加保温层,对水下采油树进行非稳态耦合传热分析,得出停井工况8 h流体温度的下降曲线,确定了计算最优保温层厚度的方法。     

新的裂解反应器将烯烃产率提高了34%

<正>芬兰Coolbrook公司获得了RDR(RotoDynamicReactor)裂解技术专利。RDR是由3排轴向叶片(定子、转子和扩散器)组成的再生式涡轮机(regenerative turbomachine)。环形无叶片空间将叶片流道周向连接,工作流体可在反应器内再生加热(regenerative heating)。流体在定子中加速产生的机械能通过转子转换成流体的内部能量,从而增加流体的温度和压力。常规的裂解炉需要外部热源,     

新型高气液比混合器携气机理研究

新型高气液比混合器能解决电潜泵系统在高含气井中的气锁问题,为探究其工作机理,采用欧拉模型和气泡数平衡模型对混合器内气液两相流动进行了数值模拟,模拟了混合器内气泡的直径及流场压力和含气率的分布。模拟结果表明:叶轮出口高压液体通过混合器轮盘圆孔,回流至叶片非工作面最低压力区,与叶轮流道内正常流动流体形成交叉流,从而在该区域产生较为强烈的剪切摩擦,撕碎此处聚集的大尺度气泡;高气液比介质经过混合器多级混合后,气泡直径逐级减小,气相分布逐渐趋于均匀。研究结果可为后续建立混合器设计理论提供依据。     

幂律液体偏心环空螺旋流层流压降计算

本文依据柱坐标系下流体质点运动方程,推得了在倾斜的同心环空中幂律液体螺旋流层流流场的视粘度函数、速度函数及流动压降的解析式。并引入当量间距的概念,给出了偏心环空中幂律液体螺旋流层流压降的计算公式。最后讨论了偏心环空螺旋流流场中宽、窄间隙处的流速特征。     

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文章运用CAD软件Pro/E,对Φ152.4 mm球形单牙轮钻头的几种喷嘴组合所形成的井底流场建立了3 D模型，并应用软件ANSYS对流场模型进行分析。研究了喷嘴的结构参数对井底流速、井底压降的影响。提出了井底流场效果的评判：①较高的井底压降；②较小的涡旋；③较大上返速度。从多种喷嘴组合中找出能够形成最好净化井底流场的喷嘴组合。指出在其它条件不变的情况下，上、下喷嘴直径比为0.5时，井底流速和井底压力降最大；而当上、下喷嘴直径比不变，L=75 mm时，井底流速和井底压力降最大。建议在单牙轮钻头水力系统设计时上、下喷嘴直径保持上小下大，直径比0.50左右，L取75 mm左右时可以获得较大的井底流速、井底压力降以及较小的井底涡旋；喷嘴出口处的设计时尽量做到圆滑过渡。     

定转子式低压脉冲射流调制器低压调制特性试验研究

利用B＆K声压测试系统对新型低压脉冲射流调制器样机振动特性进行试验,系统研究了调制器工作特性随钻头压降、钻井液流量及定子倾角等参数变化的规律。结果表明：调制器振动频率随钻井液流量的增加而增大,随钻头压降上升而基本不变,随定子流道倾角的增大而增高。为全尺寸定转子式脉冲调制器的设计和应用提供依据。     

涡轮钻具叶片电解加工流场设计及优化

为了提升叶片性能,涡轮钻具叶片设计愈加复杂,传统加工工艺已不适于加工制造涡轮钻具叶片。为此,提出使用电解加工技术加工涡轮钻具叶片,并应用数值模拟方法对影响电解加工精度的电解液流场进行仿真分析。模拟仿真了电解液在理想化流道模型、叶片阴极流道模型以及近轮廓流道模型中的流场分布。研究结果表明:用叶片阴极模型和近轮廓模型代替传统的理想化模型,也可更好地模拟实际加工流场;改变电解液入流角的大小可以改善传统的理想化模型,可以更好地模拟实际加工流场;改变电解液入流角的方向可以改善入口流线紊乱情况,但效果并不明显,也不能使电解液均匀分布;增加出口导流段可以使电解液分布更加均匀,改善入口流线紊乱状况;叶盆阴极流场使用竖直导流、叶背阴极流场使用相切导流可以获得更好的流场分布效果;使用近轮廓模型作为电解加工流道,可以获得最优的电解液流场分布,但是此流道模型需要预先粗加工阳极工件,成本较高。研究结果可为涡轮钻具叶片的电解加工提供理论指导。