多相增压泵气液两相流计算分析及试验研究

借助CFD软件,采用标准k-ε模型对N-S方程进行封闭计算,分析多相增压泵输送清水的水力性能,并进行样机试验测试对比。采用Eulerian模型求解,并分析输送含气率为30%的气液两相流时,增压泵流道、过流部件的速度、压力、气体体积分数及密度等分布规律。计算分析及试验结果表明:针对增压泵内部复杂三维流动的水力性能进行预测的数值模拟分析可靠; 气体对增压泵性能影响不利。气液两相流数值计算模拟表明:增压泵进、出口及均化器内部流速分布均匀; 均化器上侧气体体积分数较下侧多; 增压泵底部气液混合密度较上部大; 均化器及叶轮过渡处压力最低; 增压泵首级叶轮叶片旋转中心的工作表面的气体体积分数最大,次级叶轮工作表面的气体体积分数降低; 增压泵各级导叶叶片工作表面的气体体积分数相对均匀,首级导叶叶片靠近进水边的工作面附近的气体体积分数较高,次级导叶叶片靠近叶片旋转中心的工作面区域气体体积分数较高。     

基于正交试验的低温泵空化性能优化设计

选择叶轮进口直径、叶片进口安放角和叶片数为影响因素,设计3因素3水平正交试验方案,运用计算流体力学软件CFX对各模型低温泵进行数值模拟计算,研究不同叶轮参数对低温液氮输送泵汽蚀特性的影响。通过极差分析法确定了改善低温泵空化性能的最佳叶轮参数组合,对优化模型和原模型数值计算结果进行了对比,探究了叶轮空化初生和发展的规律,验证了正交试验优化方案的可行性。研究结果表明,叶轮参数对低温泵空化性能影响显著,在3个因素当中叶片进口安放角的影响最大,优化后的低温泵临界汽蚀余量变小,空化区域减小,整体空化性能改善明显,为低温泵的优化设计提供了参考。     

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。     

连续波脉冲器流场数值仿真及稳态水力扭矩

转子稳态水力扭矩是连续波脉冲器设计的一个重要参数,对于连续波脉冲器转子优化设计与电机控制具有重要意义.为此,考虑转子流场的非定常特征,建立了非定常的稳态水力扭矩数值仿真模型,研究了稳态水力扭矩的非定常流场特性、稳态水力扭矩的计算方法以及参数影响规律.研究结果表明:流体介质流过转子时,转子叶片迎流面一侧流速高、压力低,另...     

涡轮外特性理论计算方法探究及验证

涡轮作为一种动力转化元件,其外特性的研究对于叶片型线的设计及叶轮内液流流动状态的研究具有重要意义。通过对叶轮内液流微元圆柱层的分析,提出了一种涡轮外特性的积分计算方法,采用该方法得到的涡轮外特性计算公式与传统公式具有相同的形式,但在理论上更符合液流的实际流动情况。为检验积分计算方法的优越性,基于四阶Bezier方程构造了240 mm涡轮钻具涡轮定、转子叶片型线,采用CFD方法模拟了该涡轮的外特性,并以此作为基础,综合对比了2种计算方法在3种特殊工况下的外特性情况。对比结果表明:积分计算方法得到的涡轮外特性更接近于CFD仿真结果,具有更小的计算误差。研究结果对涡轮的理论设计及液流流动理论的研究具有一定的工程意义。     

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分析的轴流式螺旋叶轮设计

针对一种井下马达的轴流式螺旋叶轮进行了理论计算，并利用CFD方法对其进行了紊流数值模拟。根据CFD分析结果对理论计算的结果进行了修正，并通过比较同一工况下不同螺旋角叶片的水力效率，得出了在满足设计要求条件下的最优螺旋角。通过试验，验证了CFD分析在计算和优化设计此种轴流式螺旋叶轮的有效性，并具有指导意义。     

叶轮转子式旋转冲击钻井工具输出载荷模拟分析

为研究叶轮转子式旋转冲击钻井工具输出载荷特性,基于旋转冲击钻井工具结构,借助CFD软件建立了工具的物理模型,分析了流量、转动频率、叶轮叶片数、叶轮叶片结构及出口当量直径对工具输出载荷的影响。分析结果表明:工具输出载荷呈类似正弦规律变化,其值同时受结构参数与工作参数的影响;叶轮结构以及叶片数对输出载荷幅值作用明显,且叶轮叶片与输出载荷之间存在最佳匹配值;改变流量能够显著增大静载荷,二者之间呈线性变化关系;叶轮叶片数一定时,叶轮转动频率明显存在最优值,随着频率的增加,输出载荷先增大后减小;改变出口直径对载荷幅值影响较为明显。所得结果可为旋转冲击破岩工具的设计提供理论指导。     

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。     

往复式泥浆脉冲发生器转子水力转矩

往复式泥浆脉冲发生器是随钻测量（MWD）、随钻测井（LWD）系统的重要组成部分,其转子的水力特性研究对于节约钻井系统能源消耗、提高信号质量、丰富调制方式具有重要意义。由于转子附近机构复杂,湍流现象明显,给研究带来较大困难。利用稳态水力转矩、瞬态水力转矩的相关理论,对发生器中转子水力转矩进行理论分析,利用CFD数值仿真和水力转矩原理实验结果进行验证。研究结果表明,转子在往复式运动中水力转矩基本沿同一方向分布,在10 Hz摆动频率下水力转矩与转子转角密切相关,而与转子角速度及角加速度关系较小,最大水力转矩出现在接近闭合位置。通过加装机械辅助装置,脉冲发生器对电机功率和转矩的需求得到了大幅度的降低。