定向喷嘴布置对PDC钻头井底流场影响研究

定向喷嘴布置的方式对PDC钻头的井底流场将有很大的影响,尤其是能改变PDC钻头的水力性能,因而研究定向喷嘴布置具有重要的意义.本文分析了喷嘴的不同布置方法,并通过数值方法模拟其对PDC钻头井底流场的影响.结果表明:在不完全对称布置方案的冲击区,在射流刚开始从喷嘴处流出去,但还未接触井底,各喷嘴射流处于衰减地带之内,这样的话将对钻头的清洗和携带岩屑离开井底非常有效果;在漩涡区,喷射角大、距钻头中心远的喷嘴射流则对清洗和携带井壁附近的岩屑起主要作用,喷射角小、距钻头中心近的喷嘴射流则对清洗和携带井底中心的岩屑起主要作用;在刀翼上的附面层由于周围喷嘴的影响,刀翼切削面低速区明显减少,剪应力增大,更好地预防、清除PDC钻头的泥包.最终达到提高机械钻速的效果.     

矩形喷嘴对PDC钻头井底流场影响的研究

针对PDC钻头的水力能量清洗井底和冷却钻头的作用充分发挥的结构设计问题,先分析了矩形喷嘴的射流特性,得到了射流轴心动压力衰减规律和横向动压力分布规律及横向动压力梯度分布规律,通过CFD仿真软件CFX对PDC钻头井底流场进行了模拟,将矩形喷嘴和圆形喷嘴对比,分析得知喷嘴位置在等速核长度内,矩形喷嘴更有利于清除岩屑和冷却钻头。     

单牙轮钻头井底流场的分析

大量事实已证明单喷嘴和双喷嘴有好的净化效果,我们从中选出几种常用组合作分析,以便找出其中净化效果最好的组合,为改进单牙轮钻头水力系统设计提供合理方案。     

近钻头平衡钻井井底流场的计算机模拟

以PDC钻头为模拟对象,充分考虑钻头三维、旋转和喷嘴对称性等因素的影响,借助于CFD软件CFX5.6对近钻头平衡钻井井底的流场进行了模拟分析,并利用软件的后处理方式对井底的速度场分布作了精细的描述。对钻头的设计以及井底流场的真实情况的分析有着重要的指导意义。     

喷嘴几何参数对射流流场性能影响的计算研究

在边界条件和初始条件相同的情况下,分别改变圆锥带圆柱出口型喷嘴的圆锥段收缩角、喷嘴出口圆柱段长径比、喷嘴出口直径,用Fluent软件对圆喷嘴射流的速度衰减特性进行数值模拟和分析.模拟发现:在圆锥段收缩角为13°左右、喷嘴出口圆柱段的长径比为3左右时,射流核心段上的速度最大;随着喷嘴出口直径的减小,射流核心段上的速度不断增大,射流的切割性能也越来越好.数值模拟结果与实验结果完全一致.     

定向井PDC钻头结构分析

PDC钻头结构参数对定向井井眼轨迹的影响很大,但是,到目前为止,定性描述很多,仍没有比较完善的定量分析。因此,本文利用三维建模和有限元分析技术,对PDC钻头的结构参数进行数值模拟,提取有用参数,利用数值拟合技术,确定相关系数,改进PDC钻头结构指数,为PDC钻头结构参数的理论分析提供一种有效的分析方法。     

多孔式射流钻头流场数值模拟研究

多孔式射流钻头是应用于径向水平井技术的一种新型射流钻头。本文建立了多孔式射流钻头流场计算模型,采用RNGk-ε湍流模型进行数值计算,分析了射流钻头内外不同区域的流场分布情况和局部流动特性。模拟计算结果表明:多孔式射流钻头有效扩大了井底冲击区,有利于扩大成孔直径;反向射流冲刷井壁,可以进一步扩大孔径,其反推力平衡了正向射流的反推力,有利于轨迹控制;反向射流的附壁作用,增大了喷嘴局部阻力系数。射流钻头入口及环空的压力和流量的数值模拟结果与试验测试结果一致。     

PDC钻头的三维设计方法

PDC钻头在设计上的最大难度是无法精确定位，一般根据钻头冠部剖面形状的设计参数，靠经验和类比同型钻头来进行设计，设计的反复性比较大。介绍了PDC钻头的三维设计方法以及数据转换方法，从而克服了设计的复杂性，利用三维设计方法和NUMECA分析软件对PDC钻头进行设计和分析，可以大大提高钻头设计的效率。     

PDC钻头切削断面对破岩效率的影响

基于弹塑性力学和岩石力学,以Drucker-Prager 准则作为岩石的本构关系,采用剪切失效准则,在验证岩石模型及PDC齿破岩建模方法可行性的基础上,建立了PDC齿切削3种典型断面岩石的三维有限元模型,并针对井底不同围压,研究了切削断面的面积、切削齿的后倾角及侧转角对破岩效率的影响。结果表明：不论何种围压,减小切削断面的面积有利于岩石的破碎,且应多采用宽切削断面进行PDC钻头径向布齿;切削齿后倾角对岩石破碎效率影响大于切削齿的侧转角对岩石破碎效率影响,切削齿最优破岩后倾角在低围压下为5°,在高围压下为20°。     

PDC钻头主要几何参数的优化研究

PDC切削齿工作角由切削齿的齿前角和侧转角决定的,且工作角对切削齿切削效率和工作性能有着重要的影响.因而如何科学地设计切削齿的齿前角和侧转角在PDC钻头设计中是十分重要的内容.运用有限元软件参数化建模技术,对PDC钻头切削齿的齿前角、侧转角做了优化分析.从不同应用方面考虑,对这两个主要几何参数分别进行了单参数和双参数优化分析,得出了不同使用条件下的最优值,为钻头的合理设计提供了理论依据.     

中二次风水平摆角对炉内流场的影响

燃煤锅炉NOx的排放对环境的污染非常严重,发展洁净煤发电技术已经成为当务之急。针对某电厂9号炉的NOx排放量较高的问题,提出水平浓淡燃烧器和摆动中二次风相结合的方案。通过对改造后锅炉试验数据的研究,可知增大中二次风摆角对煤粉炉的影响较大。对数值模拟结果和试验研究数据进行了对比分析,两者吻合情况较好。结果表明：随着中二次风摆角增大,二次风切圆直径大于一次风切圆直径,形成“风包粉”的环境,有利于降低NOx的排放量。     

可植入式微型轴流血泵流场的数值模拟

利用CFD技术对血泵内部流场进行分析可以大大缩减血泵的研制周期和成本,采用非定常的三维N-S方程和基于非结构网格的有限体积法,利用k－ε湍流模型和滑移网格模型,对一可植入式轴流血泵进行了三维数值模拟,得到满足生理要求的扬程曲线。同时对泵内流场进行了分析,对导流叶片的作用及其对内部流场、扬程的影响进行了探讨,为血泵的进一步优化设计提供了参考依据。     

基于流场动力学特性的发动机稳流数值试验研究

对化油器式四冲程汽油机最大气阀升程时的流场动力学特性进行了三维稳态数值模拟。将化油器柱塞半开和全开两种情况的内流特性进行了对比,结果表明,化油器腔体内部周围出现了低压区,柱塞全开时比半开时的低压更低,但全开时的流速比半开时大,速度最大值均发生在喷嘴两侧喉口处,进气直管入口段及缸内均呈现明显的双涡结构,但柱塞半开时的双涡结构呈现出明显不对称性,距缸盖底面两倍缸径处气流速度均存在不均匀性,压力场与速度场表现出相同的特性,稳流数值试验是对发动机台架试验的一种有益补充。     

小方坯连铸电磁搅拌流场和温度场三维耦合数值分析

应用磁流体力学MHD（Magneto hydro dynamics）的基本原理,建立了钢水在洛仑兹力作用下流场和温度场三维耦合分析数学模型。依据错列网格法SIMPLE（Semi-implicit method for pressure linked equation）和有限控制容积法,开发了相应的分析软件。就小方坯电磁搅拌洛仑兹力的分布规律、搅拌范围、拉坯速度以及浇注温度对流场和温度场的影响进行分析。     

大型立式轴流泵叶片进口流场及其对水泵影响研究

分析各因素对大型立式轴流泵叶片进口流态的影响,研究该断面流场的形成机理。提出叶栅对进口流态反作用和相互自动调整的观点,即如果叶栅来流非均匀轴向,叶栅过流特性会反过来影响来流流态并调整达到平衡。结果表明,立式轴流泵叶片进口流场既非轴向,又非均匀,不符合常规假设。用五孔探针实测叶轮直径D=1.64m轴流泵叶片进口流场,证明了理论分析的正确性。分析叶片进口流态对水泵性能、导轴承偏磨和间隙气蚀的影响,提出改善流态的方法。成果对改进轴流泵及其进水流道设计理论和方法,提高运行性能具有重大意义。     

铝合金消失模充型过程的流场及温度场的数值模似

将ＳＯＬＡ－ＶＯＦ法应用于消失模充型过程中，并与传热过程耦合起来，综合考虑了消失模气化分解对充型速度的影响，得到了一维、二维流动的流场和温度场分布，预测了铝合金在消失模铸造中的流动性，揭示了铝合金消失模铸造充型过程与普通砂型铸造充型过程充填模式的差异。     

基于流场动力学行为的机械产品结构性能研究

对以发动机为例的典型复杂机械内流场的特性进行分析，考察流场中的流形，研究其产品结构改进及性能改善的方法。采用数值方法，通过建立数学模型采用显隐相结合的时间差分和有限体积法进行离散，运用任意拉格朗日－欧拉（ＡＬＥ）法，对扩散项、对流项进行计算。根据模拟结果对发动机进行结构改进设计，结果表明：内流场的流形得到改进，总体性能得到改善，三维瞬态数值模拟是复杂机械产品设计过程中结构改进及性能改善的一种有效而实用的方法。     

涡流管内三维强旋流流场数值模拟

根据流体在涡流管内流动的强旋流特点,建立涡流管内流体流动的三维物理模型,采用计算流体力学中Realizable κ-ε模型对涡流管内流动进行数值模拟,得到切向、轴向与径向流速的分布规律,并对涡流管内部流场的循环流特性进行详细分析.在此基础上,利用量纲一分析方法将数值结果与前人的实测结果加以比较,在一定程度上验证了模拟结果的精确性.数值结果表明,涡流管内的流体流动呈现出复杂的三维流动状态,从旋涡的角度来看,有准自由涡与准强制涡的组合运动;从轴向与切向运动的合成而言,有外旋流与内旋流之分;从径向与切向的综合流动分析,则有所谓的螺旋流存在;就径向与轴向运动的合成而言,则有循环涡流的存在;轴向流速包络面是内外旋气流的分界面,内外旋气流以循环涡流的形式通过轴向零速包络面不断进行传热传质交换.     

NUMERICAL SIMULATION ANALYSIS OF EXTERNAL FLOW FIELD OF WAGON-SHAPED CAR AT THE MOMENT OF PASSING

In the course of studying on aerodynamic change and its effect on steering stability and controllability of an automobile in passing, because of multi interaction streams, it is difficult to use traditional methods, such as wind tunnel test and road test. If the passing process of an automobile is divided into many time segments, so as to avoid the use of moving mesh which takes large calculation resource and CPU processing time in calculating, the segments are simulated with computational fluid dynamics （CFD） method, then the approximate computational results about external flow field will be obtained. On the basis of the idea, the change of external flow field of wagon-shaped car at the moment of passing is simulated through solving three-dimensional, steady and uncompressible N-S equations with finite volume method. Numerical simulation analysis of side force coefficient, stream lines, body surface pressure distribution of wagon-shaped car are presented and a preliminary discussion of aerodynamic characteristics of correlative situations is obtained. Finally, the C3 -x/l curve of side force coefficient（C3） of car following relative distance （x/l） between cars is obtained. By comparison, the curve is coincident well with the experimental data, which shows creditability of numerical simulation methods presented.     

叶轮机械三维弯叶片粘性流场的数值模拟

提出了一种在时间方向具有二阶精度的隐式方法,该方法是关于ｎ个标量方程的隐式算式,算法简单。利用此方法对三维弯叶片定常粘性流场进行了数值模拟,成功地捕捉到了流场中的各种波系和涡系结构。通过与直叶片流场中的涡系结构对比发现,弯叶片降低损失的另一个主要原因是弯叶片能将对二次流起主要作用的通道涡限定在一个稳定的范围内