新型筒形控压钻井节流阀研制及其性能试验

针对国产控压钻井节流阀节流特性差、使用寿命短、设计方法不科学等问题,设计了一种新型筒形控压钻井节流阀。介绍了该节流阀的整体结构、阀芯阀座设计方法、阀腔尺寸的优化方法,并对节流特性进行了试验验证。试验测试结果与理论吻合,表明该节流阀控压线性度好,设计方法合理。通过克里金响应面法优化了阀腔尺寸,提高阀芯使用寿命高达30.2%。该节流阀的研制方法为节流阀的设计提供了一种科学可重复的设计思路,为节流阀的进一步设计提供了理论参考。该节流阀在节流阀特性和使用寿命等方面的优势将在一定程度上促进控压钻井技术在国内的推广。     

大排量工况下控压钻井节流阀节流特性研究

节流阀是控压钻井系统核心部件之一。为揭示适用于大尺寸井眼节流阀的节流特性,本文以JLKT103-35筒形节流阀为研究对象,利用ANSYS-Fluent软件开展节流阀节流特性仿真模拟,分析了钻井液排量为10～65L/s范围内不同节流阀开度对其节流压降的影响。结果表明：随着排量的增大,节流压降增长越明显;该节流阀整体线性度不佳,但以50%开度为界可划分为20%～50%和50%～100%两个不同特征的线性区间,并拟合了其节流特性方程。在蓬深某井开展了现场应用,与现场测试数据对比表明,本文所建立的节流特性方程的精度>90%,可为后续控压系统设计提供理论帮助。     

基于CFD技术的节流阀流量特性的数值模拟分析

采用计算流体动力学(简称CFD)方法对节流阀内部结构流量特性进行了数值模拟和分析,利用Solid Works Flow Sim ulation模块进行仿真,用数值模拟的方法得出其流量特性Kv值,从而为节流阀结构的设计提供相应理论依据。     

双压控制减压节流阀的数值模拟及试验

提出一种适用于空间飞行器冷屏蔽系统的空间低温流体相变制冷过程中控制系统压力的减压节流技术;通过双压控制减压节流阀实现冷屏蔽系统高低压控制、减压及节流制冷的功效;建立三维立体模型并进行流场数值模拟,根据数值模拟结果设计制造试验模型进行试验验证.结果表明:双压控制减压节流阀能够满足空间冷屏蔽系统表面热流密度变化时系统高低压控制要求;能够有效节流低温饱和蒸汽、气液两相及饱和液体;能够有效抑止变压出口形成的气液两相流及系统内制冷剂固化等问题;能够产生节流制冷效应,提高冷屏蔽系统制冷效率,减少系统冷剂加注量,降低起动加速负荷.     

天然气井井下定压节流阀数值模拟及结构优化

针对目前节流阀存在无法根据需要自动改变节流嘴尺寸等问题,利用ANSYS对一种新型天然气井井下定压节流阀进数值模拟,该节流阀可以根据节流阀入口压力的变化调节节流阀的开度,以保证节流阀出口压力基本保持在设计压力值范围不变,分析了节流阀在正常工作压力范围内、不同开度时,节流阀节流过程中的压力、速度和温度变化,仿真结果和理论计算结果相符;通过节流阀在气固两相流时的冲蚀磨损情况分析,表明在节流阀阀芯锥面冲蚀磨损最为严重,最大冲蚀率为4.413×10-7kg/(m2·s)。最后,基于前面分析结果对节流阀的阀芯和阀座进行结构优化,优化结果表明当节流阀阀座倾角β=10°时,阀芯冲蚀率最小;并对阀芯锥面进行氮化处理增强其耐磨性。     

气动节流阀流量特性试验方法研究

本文研究了国内外气动节流阀流量特性的各种表征参数及其试验方法。认为我国现行标准规定用有效截面积S 值来表征节流阀的流量特性是可行的,但其试验方法存在一些问题,并提出了改进意见。     

节流阀小开度下空化特性的数值分析

基于计算流体动力学方法,数值研究了节流阀开度变化对节流阀内压力场、速度场及空化区域的影响。结果表明:随着开度的减小,下游槽(尤其是节流口处)流体的流速会迅速增大,空化区域逐步增大且空蚀程度逐渐加深,但当开度很小即节流阀阀口接近于闭合时,空化程度反而减弱,且空化区域向节流口移动。此外,阀内压力较大的区域位于上流道,压力较小的区域位于下流道,随着开度的减小,阀内的低压区逐步向阀口处转移。     

减振器节流阀非线性特性的有限元模拟分析

探讨汽车筒式液阻减振器节流阀非线性动态特性的有限元分析方法。利用ADINA有限元分析软件分别建立板阀型节流阀的结构动力学模型和流体动力学模型,并利用其液一固耦合分析模块,对此耦合模型进行瞬态响应分析,得到阀的非线性节流特性、阀板的动态运动响应以及节流阀内流场特性。模拟计算结果与实验结果具有较好的一致性,节流阀在工作时开度很小,液体压力场具有强不均匀性,液体对阀板的作用力也具有不均匀性,板阀型预载阀的节流特性接近于线性,节流通道在大流量下对节流阀的特性有较大影响,     

阀口气穴流场的数值模拟与实验研究

针对阀口喷流的现象,采用FLUENT商业化CFD软件中的RNGk-ε湍流模型、多相流气穴模型和壁面模型相结合,对阀体内流场进行了模拟。并据此定性分析几何参数、物理参数等对气穴强度的影响,定量预测阀体内气穴发生的区域,减少阀体内的气穴强度,抑制气穴发生,从而寻求优化的流道结构形状,为设计高效率、低能耗、低噪声的液压阀奠定基础,提供重要的理论和实际应用信息。     

电磁阀的热物理场数值仿真与试验研究

以某型航空发动机控制系统上的电磁阀为研究对象，建立其流固耦合模型，开展热物理场数值仿真研究，对其不同工况下的热物理场特性进行分析。同时搭建试验系统进行试验验证，根据试验结果对仿真模型及参数进行优化迭代，并得出结论：在实际使用过程中，电磁阀的温升主要受环境温度、外加功率、内部结构及外部热交换条件的影响，电磁阀的热物理场数值仿真结果与试验数据的最大误差为7.0%,数值仿真模型准确度较高，能有效地预测电磁阀的温度场分布。该模型可指导电磁阀热设计，具有较高的实际工程应用价值。     

制冷系统变工况性能数值模拟与实验研究

采用分布参数的方法建立了制冷系统的数学模型,在建立冷凝器和蒸发器两相区模型时采用了分相流模型,并考虑了流型变化对制冷剂流动换热过程的影响。利用所建模型,计算分析了冷凝器进口空气温度、蒸发器进口空气温度等参数变化对系统性能的影响,在焓差实验室对一台风冷热泵空调器性能进行了实验研究,得出了冷凝器和蒸发器进口空气温度随冷凝压力、蒸发压力、过冷度和过热度的变化曲线。将理论计算结果与实验结果进行对比分析,结果证实了所建仿真模型是合理的。     

斜置双瓣止回阀内部流态的模拟与试验研究

为了改进普通止回阀存在的开启角度小、流阻系数大等不足,设计一种新型斜置双瓣止回阀,对其在30°、50°、70°、80°及全开工况下的内部流动特性进行分析,计算出流阻系数及流量系数。对其进行压力损失特性试验及流量特性试验,计算出每个工况下的流阻系数及流量系数,将其与模拟数据进行对比分析。研究结果表明,斜置双瓣止回阀的模拟结果与试验结果比较接近,开启角度大,压力损失小,流阻系数小,流量系数大,通流能力好。通过对斜置双瓣止回阀进行数值模拟及试验研究,斜置双瓣止回阀的设计对流体系统节能具有指导意义。     

Numerical Simulation and Experimental Study of Heat-fluid-solid Coupling of Double Flapper-nozzle Servo Valve

The double flapper-nozzle servo valve is widely used to launch and guide the equipment. Due to the large instantaneous flow rate of servo valve working under specific operating conditions, the temperature of servo valve would reach 120℃ and the valve core and valve sleeve deform in a short amount of time. So the control precision of servo valve significantly decreases and the clamping stagnation phenomenon of valve core appears. In order to solve the problem of degraded control accuracy and clamping stagnation of servo valve under large temperature difference circumstance, the numerical simulation of heat-fluid-solid coupling by using finite element method is done. The simulation result shows that zero position leakage of servo valve is basically impacted by oil temperature and change of fit clearance. The clamping stagnation is caused by warpage-deformation and fit clearance reduction of the valve core and valve sleeve. The distribution rules of the temperature and thermal-deformation of shell, valve core and valve sleeve and the pressure, velocity and temperature field of flow channel are also analyzed. Zero position leakage and electromagnet's current when valve core moves in full-stroke are tested using Electro-hydraulic Servo-valve Characteristic Test-bed of an aerospace sciences and technology corporation. The experimental results show that the change law of experimental current at different oil temperatures is roughly identical to simulation current. The current curve of the electromagnet is smooth when oil temperature is below 80℃, but the amplitude of current significantly increases and the hairy appears when oil temperature is above 80℃. The current becomes smooth again after the warped valve core and valve sleeve are reground. It indicates that clamping stagnation is caused by warpage-deformation and fit clearance reduction of valve core and valve sleeve. This paper simulates and tests the heat-fluid-solid coupling of double flapper-nozzle servo valve, and the obtained results provide the reference value for the design of double flapper-nozzle force feedback servo valve.     

高炉煤气减压阀数值模拟

以某新型实用高炉煤气减压阀为研究对象,建立了三维稳态湍流模型。通过ANSYS CFX对实用新型高炉煤气减压阀的内部流场进行了数值分析,得到了速度场与压力场的分布图,为减压阀的结构优化提供了理论依据。     

煤气化核心调节阀的数值模拟与结构优化

该文以航天煤化工系统中的某型号笼式调节阀为研究对象,应用CFD数值模拟方法研究了调节阀的内流场特性。通过模拟给定压差下阀门不同开度的流量特性,得到调节阀的流量特性曲线,并与试验测定的数据进行比较分析,模拟值与试验值吻合较好。根据流场特性对流道做了优化并对新结构做了数值模拟,结果表明,优化后的流道流阻减小、涡流强度减弱、进而减少了能量损失。     

不同壅塞管直径壅塞空化器的数值研究

研究了7种不同壅塞管直径和背压对壅塞空化器空化效果的影响。结果表明:不同壅塞管直径的壅塞空化器在背压小于或等于临界压力值时出现壅塞流动现象,此时,壅塞截面上游壅塞管轴心线上的压力、气体体积分数、马赫数都不会受背压影响;当壅塞管中形成混合较均匀的气液两相流时,从壅塞管中段至壅塞截面气液两相流动的马赫数逐渐增加,在压力梯度最高点最大值为0.98;不同壅塞管直径的壅塞空化器要产生强烈的空化都有最佳的背压范围,随着壅塞管直径的增大,最佳的背压范围会逐渐缩小;在壅塞流动的条件下,增大背压或壅塞管直径,最大压力梯度值会增大,壅塞截面会向上游移动。     

不同含气率下球阀内部流动特性试验及其数值模拟

为研究不同含气率对油气混输泵泵阀内部流场的影响,运用CFD软件对油气混输泵球阀内部气液两相分布、速度场及进出口压差进行了模拟仿真。同时对球阀进行试验研究,测量出球阀进出口的压力值,以验证模拟结果的准确性。试验表明:模拟值与试验值数据误差不超过15%,模拟较为准确。在相同的开启高度、进出口流量下,随着含气率的增加,球阀内流体的压差降低幅度高达90%以上,且其降低较均匀。与此同时,流体密度降低并没有使流量系数和阻力系数有明显的变化。观察两相云图可以发现,在阀球尾部A处产生了旋涡,旋涡随含气率的增加略微增多;突扩界面C处产生了二次回流,使得该处的气相也较多,而在阀球四周内壁,气相分布较少。同时可观察出,流体含气率对阀球间隙处速度的影响不大,但是对流动状态有一定的影响。     

一种线性调节阀的数值模拟和实验研究

针对一种安装配流板的新型调节蝶阀产品模型,采用RNGK-ε三维湍流模型和非结构化网格的SIMPLE方法,对调节阀门在各个开度下的内流进行了详细的数值模拟。通过对CFD计算结果进行人工优化选型后,在专门搭建的配有高精度传感器的实验装置上对阀门实物模型进行了实验研究,计算和实验研究结果表明,利用CFD对阀门模型的数值结果是可行的,所开发的安装配流板的调节蝶阀具有线性流量的调节特性。