水平井水力喷射压裂工具研究及其在辽河油田的应用

辽河油田部署在低渗区块的水平井需要压裂改造才能取得较好产能,这些水平井大多采用筛管方式完井,改造方式上采用施工难度与风险较小的水力喷射压裂技术。通过几年的攻关研究,根据水力喷射压裂技术的特点,以理论与试验为基础,开展了喷嘴结构设计及优化、喷嘴几何参数优化、喷嘴材质优化和喷枪结构设计等工作,选择了喷嘴流量系数高、加工简单的圆锥收敛型喷嘴,其收敛角确定为13°,圆柱段长度与喷嘴直径比在4左右,喷嘴的主要材料为复合陶瓷1,喷嘴的布置采用对称布孔方式,以相互抵消喷射力的差异,喷枪截面采用能有效增加枪体与套管环空间隙流动面积的六菱形截面,据此完成了整个水力喷射压裂井下工具的研制,形成了水平井水力喷射压裂技术。该技术2011~2014年底在辽河油田现场累计应用14井次,累计增油3.52×104t,水力喷射压裂井下工具效果和寿命满足现场施工要求,为低渗区块储量的有效动用提供了技术支持。     

Y型喷嘴的流动和雾化的数学模型及其在增湿活化器上的应用

通过应用Ｙ型喷嘴内流动和雾化的数学模型，对高６ｍ，方形截面５９０ × ４２５ｍｍ的增湿活化反应器上进行喷水增湿脱硫试验所需喷嘴进行了设计和校核。     

柴油机螺旋气道结构参数对其流动特性的影响

针对柴油机复杂的螺旋进气道结构,在前期螺旋进气道的参数化设计方法研究的基础上,结合气道稳流模拟试验,建立不同结构的螺旋进气道流动仿真模型。采用计算流体动力学三维模拟的方法研究了螺旋进气道最小截面处的几何形状、螺旋段螺旋半径和螺旋终止角等结构参数对气道流动特性的影响关系。研究结果表明:通过改变螺旋气道最小截面处外侧形状、增大最小截面积和改变螺旋段形状、增大螺旋半径,可增大气道平均流量系数,降低平均涡流比;改变最小截面处内侧形状和改变螺旋段螺旋终止角对气道流动特性的影响较为复杂,不呈现单调变化规律。     

微通道内单相流流动特性的实验研究进展

基于微小/微通道内的流动特性,概述了目前国内外关于微小/微换热器中采用不同管道截面类型(圆形,矩形,梯形等)时的单相流流动特性的实验研究进展,总结了微小/微通道内的流体流动规律,指出影响其流动特性的主要因素是粗糙度,层流向湍流的转折提前以及实验数据处理方式,并给出了下一步的工作建议.     

两相流引射循环系统实验研究及引射器性能数值模拟

用ANSYS CFX软件对两相流引射制冷循环中的引射器内部流动进行了数值模拟,分析了混合室直径和喷嘴喉部直径对引射器性能的影响;根据数值模拟结果加工了引射器试件,对R134a两相流引射器及引射循环制冷系统性能进行了实验研究,探讨了固定工况条件下引射器喷嘴喉部直径和混合室直径的优化匹配。实验与模拟结果均表明,在固定工况条件下,存在使引射比及COP分别达到最大的最佳混合室直径和喷嘴喉部直径组合。在冷凝温度为55℃、蒸发温度为3℃的工况下,当混合室直径为16mm、喷嘴喉部直径为2.0mm时引射器的引射比达到最大值,而两相流引射循环制冷系统的COP在混合室直径为16mm、喉部直径为1.7mm时最高,模拟与实验结果的变化趋势是一致的,但二者的引射比值误差较大。     

截面形状对旋转扰流柱通道流动换热特性的影响

为合理设计航空发动机涡轮动叶尾缘冷却结构,采用ANSYS FLUENT软件模拟了四种扰流柱截面形状在旋转状态下的流动换热特性。对比分析了不同旋转数(Ro)和不同扰流柱截面形状时通道内部的三维流场分布、湍流动能分布、努塞尔数(Nu)分布以及阻力系数。其中扰流柱的截面形状包含圆形、菱形、矩形和椭圆形,Ro数包含0、0.2、0.4和0.6四种数值。模拟过程中通道入口雷诺数为7 000,壁面恒定热流为1 000 W/m²。结果表明,截面形状和旋转数对流动和换热状态有着显著影响,矩形扰流柱通道的换热系数和阻力系数最高;随着旋转数的增加,迎风面和背风面的换热系数差异逐渐增大;在旋转作用下,扰流柱尾缘区域出现了纵向二次流,该二次流显著破坏了壁面附近的边界层,有利于背风面换热增强。     

冲击式水轮机喷嘴射流的CFD技术

为了研究喷嘴特性对冲击式水轮机性能的影响。在试验的基础上，采用CFD技术对喷嘴自由射流进行多相流的数值模拟。研究结果表明，在相同工况下，不同形状的喷嘴所产生的射流能量特性有明显差异。     

带有横向微沟槽的矩形紧凑式通道换热器内超临界液化天然气工质换热强化特性模拟研究

提出了一种用于超临界液化天然气换热的微小通道换热器整体性能提高的被动式强化技术并进行了数值模拟验证和设计优化。在普通的矩形微小通道内利用3D激光打印技术在壁面加工横向圆弧形微沟槽以强化换热能力。首先对圆弧形微沟槽的槽深、槽宽和相邻两槽道中心距等几何尺寸进行了优化计算,然后讨论了在使用强化技术后工质温度在跨越临界温度的120K-250K范围内的换热强化和流动特性,进一步考察了工质温度、质量流量（雷诺数）和进口压力对换热系数（努塞尔数）、摩擦因子和综合效益系数的影响。此外,通过微沟槽附近的局部流动特性分析强化换热机理,数值模拟结果表明带有横向微沟槽的紧凑式换热器的综合换热效益得到30%左右增加,显示了优异的换热强化综合效果     

空气辅助雾化喷嘴的数值模拟研究

基于欧拉-拉格朗日两相流模型,数值模拟研究了一种带有螺纹通道的空气辅助雾化喷嘴的雾化过程。分析了喷嘴内空气流动特性和雾化场中的雾化特性,结果表明喷嘴内空气速度、压力和温度等参数随着流动截面变化时会发生剧烈变化,并在喷嘴出口处达到超音速状态,雾化场中雾滴具有较大的轴向速度和较小的径向速度,雾滴直径分布均匀,雾化效果良好。     

直射式喷嘴可压缩流动模拟分析

喷嘴在众多领域中都有广泛的应用,尤其车辆燃油系统的燃油效率与喷嘴有着密切的关系,分析研究喷嘴内流动特性有利于更好地优化其结构,节省燃油能耗,尽可能降低污染物排放,缓解环境压力。文章将喷嘴结构进行简化,应用Fluent软件对在二维喷嘴内的瞬态流动进行模拟分析,得到内部流场的速度、压力、及马赫数随时间的变化情况。结果表明:在流体刚进入喷嘴内时,流体的速度随时间增大,整个喷嘴内在喉部处流体有最大速度;之后当喉部流速达亚音速后,由于漩涡产生内部发生波动,流速呈降低趋势,波动消失后流速缓慢回升,最后流场达稳定状态。