中心体空化喷嘴射流实验研究

为探索中心体空化喷嘴射流的特性,提高射流效率,设计了一种新型中心体空化喷嘴.采用冲蚀靶材的方法,对中心体空化喷嘴射流冲蚀性能进行实验研究,重点分析冲蚀时间、入口压力和靶距对冲蚀性能的影响,并与角形喷嘴、淹没空化喷嘴的射流冲蚀性能进行对比分析.研究结果表明:在相同泵压条件下,中心体空化喷嘴和淹没空化喷嘴的冲蚀能力为角形喷...     

常压下淹没自激空化喷嘴的试验研究

本文概述了自激空化射流的原理和自激喷嘴的设计方法;并在常压下进行了淹没自激空化水射流冲蚀人造岩芯的试验研究。重点研究了风琴管喷嘴的腔室底部形状、出口喉部厚度和出口扩散角对射流冲蚀性能的影响,得出了有规律性的结果。同时在不同泵压、不同喷距的条件下对所设计的喷嘴射流轴心压力脉动作了测量。结果表明,风琴管喷嘴的射流压力脉动大于锥形喷嘴的射流压力脉动,且压力脉动的规律和破岩规律有密切的关系。     

中心体空化喷嘴设计与数值仿真研究

为提高油罐清洗除锈效率,拓展空化水射流技术的应用场合,设计了一种采用锥形喷嘴与中心体镶嵌组合而成的新型中心体空化喷嘴,通过Fluent软件,采用Mixture多相流控制方程、Realizable k-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型对不同结构参数的中心体空化喷嘴内外流场进行了数值模拟,重点对流场压力分布、轴向速度分布和气含率进行了对比分析。研究表明:所设计的喷嘴射流绕流能够有效地产生空化,空化区域主要存在于中心体末端附近;中心体与外喷嘴的间隙距离和外喷嘴圆柱段长度是影响空化形成效果的主要因素;合理的组合喷嘴结构参数能够提高空化冲蚀能力和清洗除锈质量。     

淹没条件下超高压水射流冲蚀切割破岩实验研究

运用超高压射流数控自动万能切割机进行了淹没条件下水射流冲蚀切割破岩实验，选取了5档驱动压力和3种岩样，研究了水射流驱动压力、喷距、喷嘴横移速度和喷射角对破岩效果的影响。实验表明，淹没条件下超高压水射流冲蚀切割破岩存在最优喷距，最优喷距随压力的增加而增加；100 MPa时最优喷距约为15倍喷嘴直径，200 MPa时约为20倍喷嘴直径；喷嘴移动速度越小，冲蚀体积越大，随着移动速度的增加，开始时冲蚀体积下降明显，但移动速度进一步增加时，冲蚀体积减小并不明显,岩石的主要破坏发生在毫秒量级；最优冲蚀破岩效果的喷射角范围为12°~14°。     

淹没条件下锥形喷嘴射流破岩效率实验研究

喷嘴是水射流技术应用中获得高能量利用率的关键因素之一,其性能直接影响到射流的质量。用入口为圆锥形的带有喷嘴套的喷嘴产生的淹没射流冲蚀砂岩的实验证明射流破碎岩石存在两个最优喷距,且第二个最优喷距破碎岩石体积较大;锥形喷嘴入口角为30°破岩效果最佳;喷嘴套为扩展型最佳。     

低压缩扩形喷嘴空化射流数值模拟及试验研究

针对水力喷射式海底挖沟所用锥形喷嘴冲蚀挖沟效率低等问题,基于理论分析,设计了缩扩形空化射流喷嘴。数值模拟结果发现,该喷嘴在低压1.5 MPa喷嘴压降下可以使淹没射流空化,空化发生的区域主要在扩张段。冲蚀试验揭示了喷嘴扩张段的长度对射流冲蚀效果的影响。1.5 MPa下冲蚀砂样试验结果表明:当喷嘴喉部长度为3倍喷嘴直径、扩张角为30°、扩张段长度为4倍喷嘴直径时,射流冲蚀效果最佳,试验条件下比其他3种缩扩形喷嘴的冲蚀深度及宽度分别提高125%和75%,对比锥形喷嘴分别提高73%和280%。研究结果为空化射流应用于海底挖沟提高效率提供了理论依据。     

新型中心体喷嘴流场数值模拟与结构优化

为实现储罐清洗工作的安全与环保,有必要将空化水射流清洗技术引入到储罐清洗中。对一种带有扩散角的中心体喷嘴进行研究,利用Fluent计算软件对不同扩散角的中心体喷嘴诱发空化射流的情况进行数值模拟,分析其压力、轴向速度和气相体积分数。模拟结果表明:在15 MPa的压力入口下含有扩散角的中心体喷嘴诱发空化的效果,明显优于不含扩散角的中心体喷嘴;同时中心体喷嘴因扩散角不同,其空化产生的效果也不同,扩散角为15°时中心体喷嘴诱发空化的效果最好。因此合理地选择中心体喷嘴的结构参数,可以更好提高储罐清洗的质量。     

空化射流空化云形态变化规律和流场稳定性研究

高压水射流具有强力的冲蚀能力,在钻井工程中取得了良好的应用效果,而射流过程中会发生空化现象,该现象伴随着高温高压,是影响射流冲蚀能力的关键因素之一。喷嘴的结构对射流的空化发生能力有很大影响,分析空化射流流场特性和喷嘴结构之间的关系,是高压水射流射流研究的一个重要内容。本文采取可视化实验方案,用3D打印的风琴管式自振空化射流喷嘴,通过高速摄影技术,捕获喷嘴出口处空化射流流场特征,尤其是流场中空泡云的形态变化。并采取图像处理,分析了喷嘴结构改变对空化发生能力的影响。我们利用本征正交分解方法(POD)求取了流场结构的时均特征。通过对比不同喷嘴结构和射流水力参数下时均特征变化,分析了自振空化射流流场结构的稳定性差异。研究结果发现,喷嘴结构中谐振腔是影响空化发生能力的主要结构。在一定范围内增大谐振腔长度和直径有利于增强喷嘴的空化发生能力,并提高喷嘴出口流场结构稳定性。但谐振腔长度和直径过大会影响喷嘴自振效应,使流体经过喷嘴时难以形成共振,而使喷嘴空化发生能力骤降。喷嘴出口长度和扩展角在本文研究中最佳值分别为两倍出口直径和40°。研究结果表明,可视化角度直观明显,可以为其他优化方案提供验证和有力补...     

角形空化喷嘴内外流场的数值模拟

为研究角形空化喷嘴对空化射流空化效果的影响,建立了空化喷嘴内外流场的数学模型和物理模型。利用流体力学模拟软件FLUENT,采用混合模型、空化模型和RNGκ-ε湍流模型对角形空化喷嘴的空化射流内外流场进行了数值模拟。以射流流场中含气率分布为判断喷嘴产生空化效果的依据,分析了直柱段直径、入口压力、围压对射流空化效果的影响。模拟结果表明:相同喷嘴入口压力条件下,直柱段直径越大,射流空化效果越好;增大喷嘴入口压力可以提高射流空化效果,但围压的存在会抑制空化泡的产生,不利于提高空化效果。数值模拟结果可以为空化射流的产生提供指导。     

自振空化射流提高钻井速度的实验研究

空化射流用于提高钻井速度的可行性研究结果表明，在钻进作业中，利用空泡破裂产生强大破坏作用来提高钻探的效率，其效果显著，可行性高。室内实验表明，自振空化射流在比普通喷嘴射流更深的井底或更高的围压条件下，有更大的起始空化数和更强的空化能力。自振空化喷嘴起始空化数大都在1.0以上，最高达到1.67，而锥形喷嘴最高仅为0.43，围压下其冲蚀效率是锥形喷嘴的1~2倍。现场试验同样证实设计的自振空化射流喷嘴在保护钻头、减少钻头磨损及增加进尺、提高机械钻速方面有显著作用。     

新型高压水射流试验系统的研制与测试

针对水射流研究领域试验设备存在的不足,研制了一套集试验及控制功能于一体的高压水射流室内试验系统。该系统主要由高压水射流试验台、磨料供给系统、3DPIV测试系统、模拟井下围压测试系统、高压水射流试验状态监测与压力流量采集系统等子模块组成。通过不同模块组合,该系统可用于新型喷嘴设计开发,喷嘴性能测试与结构优化,非淹没条件下射流破碎靶体性能分析,模拟井下围压环境下射流冲蚀靶体性能评价,射流辅助钻井等钻进相似模拟试验与性能测试,射流发生系统结构设计、优化与性能测试,以及新型射流形成机理与射流结构分析。初步试验结果表明:该系统功能齐全、操作简单、安全性高。新型高压水射流试验系统的成功研制,为高压水射流技术在石油工程中的应用奠定了基础。     

自振空化射流改善油层特性实验研究及现场应用

自振空化射流是具有强烈压力振荡和高空化起始能力的新型射流,利用高压釜装置对围压下自振空化射流提高污染岩渗透率进行的实验研究结果表明,对中、低和高渗透率岩样,空化射流作用深度均超过250mm,渗透率提高率随射流压力的增大而增加,随喷距的增大而减小;当围压值为2MPa时,渗透率提高率达到最大值.同时,在相同条件下,自振空化喷嘴作用下渗透率提高率为锥形喷嘴作用的2倍以上.现场应用效果证明,自振空化射流对解除油层和水层堵塞有明显效果.     

空化水射流物理化学效应分析

空化水射流是射流流场某点压力降至饱和蒸汽压以下,伴随有气泡产生、长大和破灭过程的一种新型射流,空泡溃灭产生瞬间高温和高压现象,伴随有H^＋和OH^＋等强氧化物质的产生。利用高温、高压及微射流等物理效应,可以显著地提高射流清洗、除锈、破碎效果及改善金属表面性能的能力。通过机械剪切、热解、自由基氧化和超临界水氧化等化学效应,可以对毒性难降解有机物进行化学降解。空化水射流在石油、矿业及环保等领域具有广阔的应用前景。     

基于FLUENT的水力喷砂射孔器喷嘴优化设计

针对水力喷砂射孔器上常用锥直形喷嘴射流性能不佳以及冲蚀磨损严重问题,基于锥直形喷嘴能量损失机理,对喷嘴入口收缩段结构进行了优化设计;借助FLUENT软件,通过射流特性和耐冲蚀磨损2方面对比分析,优选出性能最佳的喷嘴结构。分析结果表明:喷嘴射流性能不高的关键在于入口收缩段处的局部水头损失;在相同来流条件下,等变速形喷嘴射流能量损耗低,耐冲蚀性能佳,综合性能最优。综合射流特性和喷嘴冲蚀考虑,等变速形喷嘴的最佳结构参数为:出口直径6 mm,入口直径12 mm,圆柱段长度18 mm,收缩段长度10 mm。所得结论对喷嘴结构优化具有一定的指导意义。     

大尺寸旋转水射流解堵工具的研制及特性测试

目前的自振空化旋转水射流井下解堵装置的最大使用井眼直径仅为178.0 mm,不满足现场使用要求;喷头的旋转速度随排量和驱动压力的增大而线性增大,大排量和高压条件下喷头旋转速度过快,易导致射流雾化。为此,设计了一种适用于244.5 mm井筒的大尺寸旋转水射流解堵工具,并通过地面试验研究了工具的旋转特性和冲击压力特性。该工具结构简单,易于机加工,既可用于水力解堵,也可用于酸洗解堵,喷嘴数量可根据地面设备情况自由组合。试验结果表明,在泵压一定的情况下,随着喷距的增大,射流冲击压力逐渐减弱,在所试验的驱动压力下,射流处理深度可达700 mm;在相同的驱动压力下,径向解堵喷嘴使喷头旋转速度降低,有利于延长径向喷嘴清洗炮眼的作用时间,增强处理效果。     

径向钻井高压水射流喷嘴内外流场分析

径向钻井高压水射流技术目前在国内外得到了广泛应用。对射流喷嘴内、外流场进行数值模拟分析将为选择合理的喷嘴结构以及为高压水射流破岩的进一步研究奠定基础。根据射流动力学原理,建立了单喷嘴轴对称淹没射流破岩的物理模型和数学模型,运用Fluent软件对径向钻井高压水射流喷嘴内、外流场进行了数值模拟,并分析了在不同喷距和入口流量下喷嘴内、外流场的规律。分析结果表明,射流轴线上存在速度衰减性、圆柱段速度保持性和最大速度偏移性;当射流冲击到径向井底后,在井底壁面上产生水垫,对喷头的推进产生阻碍作用;在径向钻井高压水射流中会产生滞止现象,将不利于钻井过程中岩屑的快速移运。     

双射流喷嘴射流空化噪声小波分析初探

开展喷嘴空化性能研究，对增大射流作用效果，提高其工业应用效能具有非常重要的意义。试验研究了双射流喷嘴在不同围压下的空化性能，并应用小波分析方法研究了围压条件下双射流喷嘴空化射流噪声声压级特性和规律。结果表明：双射流喷嘴比普通锥形嘴具有更强的空化初生能力，在较高围压下仍有空化现象；围压小于5MPa时双射流喷嘴空化性能受围压影响很小，且不同射流压力下的空化性能相差不明显；在试验条件下，双射流喷嘴射流噪声声压级统计均值在186dB以上时，有明显的空化现象。     

一种应用于喷射钻井的高效脉冲射流喷嘴探讨

本文围绕如何提高高压水射流在井底的清岩和破岩效果,在理论和试验两方面进行了探索,设计了一种新型的自振脉冲射流发生装置。大量的试验数据表明,这种自振脉冲喷嘴能调制射流,产生较强的压力脉动,并能大幅度提高射流的破岩能力。作者根据流体动力学和瞬变流理论,对脉冲射流发生的机理进行了分析,并对射流发生装置进行了优化设计,对射流冲击压力脉动值进行了测量,并与普通风琴管喷嘴和锥形喷嘴进行了对比。最后,进行了冲蚀红砂岩的试验。本文的研究结果,对推动钻井工艺的发展具有一定的实际意义。     

基于CFD的高压水射流喷嘴流场仿真分析

目前高压水清洗技术在油管清洗领域占据了非常重要的位置,喷嘴作为高压水射流清洗系统的核心元件,其结构直接决定了射流清洗效果,因此选择和设计合理的喷嘴结构是非常重要的。基于计算流体动力学,建立三种常用喷嘴射流计算模型,以射流核心速度的衰减快慢、射流清洗的有效宽度、射流基本段长度作为喷嘴结构优劣的评价指标,通过计算分析得到:锥直型喷嘴最适宜作为高压水射流清洗喷嘴。     

径向壁面紊流射流理论与数值分析

建立了圆形喷嘴径向壁面紊流射流理论模型,对不同直径圆形喷嘴外流场进行了数值模拟研究,分析了外流场速度、压力和壁面切应力随喷嘴直径和射流靶距变化的规律。分析结果表明,冲击径向壁面射流速度场存在一定的相似性;壁面速度与壁面切应力有内在的正向对应关系;要增加对壁面的直接冲击压力,选择合适的靶距比提高流量(加大喷嘴)有效;在其他条件不变的情况下,射流靶距是影响径向壁面切应力的主要因素;要使壁面达到最佳清洗效果,靶距取5D~10D为宜。