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。     

基于UG的PDC钻头流场解析与五轴加工工艺研究

为了优化PDC钻头的设计和加工工艺,提高钻头的性能和加工效率,基于UG软件对PDC钻头进行了流场解析,并结合五轴加工工艺进行研究。首先通过建立PDC钻头的三维模型,利用UG软件进行流场分析,研究钻头在工作过程中的流动特性和流场分布。然后结合五轴加工工艺,对PDC钻头进行加工仿真,探究不同加工参数对钻头性能的影响。该研究对于PDC钻头的设计和加工具有重要的理论和实际意义,为相关领域的研究和应用提供了参考和借鉴。     

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°。     

高压喷嘴几何参数对流场影响的数值模拟分析

为研究喷嘴内外部几何参数对内部流场形成的影响,在满足技术要求流量Q=0.13kg/s的情况下,分别改变喷嘴出口直径和出口圆柱段长度,用Fluent软件对圆喷嘴射流的速度变化特性进行数值模拟和分析。模拟发现,在出口直径d=0.9mm、出口圆柱段长度L=0.7mm时,速度最高;在出口直径d=1.2mm、出口圆柱段长度L=5.4mm时,出口截面速度分布最广,最为适宜枪外混合物料的喷涂操作。     

超音速气流粉碎机喷嘴的结构设计研究

本文应用气体动力学理论，对超音速气流粉碎机喷嘴的流动及结构设计进行了分析，给出了喷嘴气动外形设计的要求和能获得最有效喷射速度的结构设计方法，并给出了喷嘴流态的计算和相应的流动多数计算公式。     

Supersonic flow of hydrogen and air in a duct with variable area

A chemically nonequilibrium supersonic flow of hydrogen and air has been investigated in a duct with conically divergent or convergent walls. Elementary reaction schemes of radicals involved in reaction of hydrogen-air have been considered and solved through the CHEMKIN code. The aim was to promote an understanding of characteristics of chemically nonequilibrium supersonic flow by introducing a simple mathematical formulation. The temperature, pressure, and density all were found to decrease for divergent ducts as the flow was accelerated, whereas they increased for a slightly convergent duct or a constant cross-sectional area duct. For the divergent nozzle with a greater degree the flow became chemically frozen. But it was quite necessary to take account of the effect of chemical nonequilibrium in a moderately expanded or all convergent conical ducts. As was expected, it was found that the temperature, pressure and Mach number were reduced for a fuel-lean mixture.     

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。     

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。     

3D打印燃气轮机天然气喷嘴的流场仿真分析

开展3D打印天然气喷嘴流场仿真研究,为小型化燃气轮机控制技术的提升奠定基础.利用Solidworks、ANSYS ICEM CFD软件进行3D打印天然气喷嘴模型建模和网格划分,基于FLUENT仿真完成不同压力工况下稳态天然气喷射流场的数值模拟计算.在天然气喷嘴外流场中形成的几何回流区会随着供气压强的增大而消失,中心回流...     

阻流块对薄壁空心铝型材挤压过程材料流速的影响

采用基于任意拉格朗日—欧拉(Arbitrary Largrang-Euler,ALE)算法的HyperXtrude软件模拟带有细小特征的薄壁空心铝型材挤压过程,以模孔出口处材料流速均方差作为衡量其均匀性的指标,通过设计一系列阻流块有效控制材料流速及型材变形。研究阻流块对流速均匀性的影响规律,提出阻流块设计的一般原则。结果表明,阻流块的截面形状对流速控制起着关键作用,应保证阻流块截面形状合理,再调整阻流块高度及其到模孔的距离,可有效控制材料流速及型材的变形,获得形状和尺寸符合要求的型材。在阻流块高度的一定范围内,增加其高度可增加型材整个截面上材料流速的均匀性,但阻流块的宽度对平衡材料流速作用不大。     

A study of the relation between nozzle geometry,internal flow and sprays characteristics in diesel fuel injection systems

This study examines the influence of geometry on the internal flow and macroscopic behavior of the spray in Diesel nozzles. For this investigation, two bi-orifice nozzles were employed : one cylindrical and one conical. The first step is to use a non-destructive characterization method which is based on the production of silicone moulds so that the precise internal geometry of the two nozzles can be measured. At this stage the nozzles have been characterized dimensionally and therefore the internal flow can be studied using CFD calculations. The results gained from this experiment make it possible also to ascertain the critical cavitation conditions. Once the critical cavitation conditions have been identified, the macroscopic parameters of the spray can be studied in both cavitating and non-cavitating conditions using a test rig pressurized with nitrogen and with the help of a image acquisition system and image processing software. Consequently, research can be carried out to determine the influence that cavitation has on macroscopic spray behavior. From the point of view of the spray macroscopic behavior, the main conclusion of the paper is that cavitation leads to an increment of the spray cone angle. On the other hand, from the point of view of the internal flow, the hole outlet velocity increases when cavitation appears. This phenomenon can be explained by the reduction in the cross section of the liquid phase in the outlet section of the hole.     

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。