井底车场优化设计的初步探讨

通过现场观测与调研及对井底车场轨道运输系统随机性的分析，建立了井底车场翻车机系统顾客源为有源的Ｍ／Ｍ／１排队模型，进行了井底车场优化设计的初步探讨。     

喷射钻井井底流场的研究

在全尺寸试验架玻璃井简内进行了喷射钻头井底流场试验。试验用贴线法研究多股液流在井底场空间流动时液流方向、路线等流向分布的全貌。一个良好的井底流场应能使液流在井底场的流动满足岩屑离开井底、在井底推移岩屑和从井底举升岩屑这三个基本动作并使之配合好。试验对比了对称井底流场和不对称井底流场的特征和优缺点。试验表明:有效的利用向下冲击的高速射流;合理的安排下行液流与上返液流的“流道”并尽量控制它们相互干扰的方面,利用它们相互促进的方面;扩大和强化液体沿井底的横向流动是不对称井底流场的三个主要优点。为此,新型喷射钻头应以不对称井底流场为设计依据和发展方向。     

喷嘴流场数值模拟

通过对喷嘴流道的数值模拟计算,分析喷嘴在设计工况下的内部流场、压力、速度的分布状况,探究喉部截面位置能量损失的原因。结果表明压力梯度、速度梯度及湍动能过大是造成喉部能量损失的主要原因。为优化喷嘴结构的设计提供新的方法。     

用边界单元法分析井底流场

在设计和使用牙轮钻头或ＰＤＣ钻头时，要优选喷嘴的组配，必须了解不同喷嘴配置下井底流场水力分布情况，本文尝试把边界单元法用于分析井底流场水力分布，建立了描述井底浸流速度场的积分方程，给出了采用边界单元法求解井底速度场的数值方法过程，在算例中分析了多喷嘴钻头井底流场的速度分布问题，计算实践表明采用边界单元法可比较简单方便地计算分析多喷嘴井底流场水力分布问题，可用于优选钻头喷嘴组配。     

关于喷射钻头的井底流场设计

在一定条件下,井底净化效率是影响钻速的重要因素。喷射钻头如果具有完善的井底流场设计,就能够及时地、连续而且稳定地有效净化井底,减少以至消除岩屑在井底的重复破碎现象。研究表明,要进一步发掘喷射钻井技术的潜力,仅仅对现有工作方式进行选择和在水力参数上进行调整是有限的、不够完善的。     

渗碳炉喷嘴流场的数值模拟

利用有限体积法对控制方程进行离散,并采用非结构化网格划分流动区域,对某大型渗碳炉喷嘴内及其周围区域流场进行了数值模拟研究.分别比较分析了两种不同结构喷嘴在渗碳炉内所形成的流场和温度场分布,探讨了不同流量工况对喷嘴周围流场和温度场的影响.计算结果表明：多孔喷嘴比简单的单孔喷嘴能更好地组织起渗碳炉内的流场和温度场,不同的流量工况对于渗碳环境有较大的影响.本文的模拟结果对渗碳炉的设计和生产具有一定的指导意义.     

改善井底流场能够提高钻速

通过对三十余种不同喷咀组合方式的室内试验和部分井下试验分析表明,不断改进喷射钻头的水力冲洗系统,合理设计井底流场,可以提高钻速,降低钻井成本。     

改善井底流场能够提高钻速

自从喷射钻井技术广泛应用以来,人们一直在研究如何充分利用喷射钻头在井底获得的水力功率,以获得更好的钻井经济效益。本文介绍了喷射钻头井底流场液流流向、井底排屑量和井底液流压力的试验研究方法及其应用。研究表明,由于井底流场的不完善而形成的涡旋、回流和滞流区是造成岩屑在井底重复破碎,影响井底净化效率的重要因素,改善喷射钻头的井底流场,最大限度地减少这些因素的影响,能够更好地发掘喷射钻井技术的潜力,提高钻井速度,降低钻井成本。     

异形喷嘴内部流场的可视化研究

运用Fluent软件对圆形喷嘴、正三角形喷嘴和正方形喷嘴的内流场进行三维仿真模拟。仿真结果表明:喷嘴形状对喷嘴的内流场有较大影响,喷射速度呈现由几何中心向喷嘴壁面逐渐衰减的趋势;随着入口压力的增加,异形喷嘴轴心速度衰减比圆形喷嘴慢,正三角形喷嘴速度衰减最慢。     

喷气织机主喷嘴的流场分析

采用流体动力学软件NUMEC＆对喷气织机主喷嘴的气流流场进行了数值模拟,揭示了导纱管内不同截面上气流速度的分布,并对主喷嘴内部气流的轴向动压和马赫数分布进行了分析．结果表明,利用数值模拟研究主喷嘴流场特性方便、快捷,且精度也较高．     

振荡脉冲射流喷嘴钻头井底压力特性研究

本文以测试喷嘴射流轴心冲击太力为依据，对振荡脉冲射流喷嘴的有效喷距，射流和脉动特性，井底压力分布规律进行了研究分析。结果表明，在相同条件下，脉冲射流喷嘴的有效喷距比普通连续射流喷嘴提高１．５倍，脉动幅值提高１．７倍，井底压力分布更有利于清除井底岩屑。     

喷射钻井井底流场的试验研究(二)

采用贴线法和模拟岩屑进行井底流场的全尺寸模拟试验,表明在井底场相对稳定的位置将产生局部旋涡和局部回流现象,并导致钻头水力功率的损耗和岩屑的重复破碎。结合钻头牙齿的破岩原理及其井底模式的分析,认为改善井底流场是提高井底清岩效率的重要途径。     

三牙轮钻头井底破碎试验及井底模式初步分析

本文对五种不同类型的牙轮钻头在实验架上所作的井底破碎试验进行了分析比较。并根据它们的井底模式,研究分析其破碎岩石的效果。硬地层钻头采用不等距布齿,软地层钻头采用较大的移轴距和超顶距,可提高钻头破碎岩石的能力。由井底模式的研究分析还证明了三牙轮钻头的牙轮运动为变速转动。钻头钻进时,纯滚动点在牙轮上的位置是变化的,其变化规律主要取决于钻头的结构特点。     

可调离心式喷嘴喷雾流场的数值模拟研究

建立了可调离心式喷嘴三维CFD(计算流体动力学)模型。应用FLUENT软件对该喷嘴的喷雾流场进行了模拟分析。连续相采用三维可压缩稳态雷诺时均N-S方程,湍流模型采用标准的k-ε模型,通过SIM PLE算法求解压力速度耦合,离散相采用拉格朗日方法追踪颗粒运动轨迹。模拟结果给出了喷嘴喷雾流场随着时间的变化规律、喷嘴压差对喷嘴的雾化性能以及液滴分布特性的影响,得出了不同流量下索太尔平均直径(SMD)和液滴分布指数随着喷嘴压差的变化规律,模拟得到的索太尔平均直径与实验值吻合良好。     

基于FLUENT的人工淹没射流喷嘴流场仿真

根据Fluent流体仿真软件和人工淹没射流喷嘴内流场的特点,基于流体力学基本理论,对人工淹没射流喷嘴进行了仿真研究。通过数值模拟计算,得到了人工淹没射流喷嘴的压力分布云图和速度分布矢量图和静压力分布图等。模拟结果表明,在人工淹没射流喷嘴的圆柱段存在速度最大值,射流在圆柱段出口处与周围的水产生了强烈的剪切作用,出现了流速不均匀和脉动现象,再加上圆柱段出口端明显的负压区,这些都为空化作用的产生提供了有利条件。     

初步探讨球面单透镜的中心偏差

本文把单透镜光轴与形状轴视为二交错直线,用数学概念导出单透镜中心偏差、球心偏及方位角的关系式。用此式可对具体透镜中心偏差进行分析与计算.     

高压无气喷涂扇形喷嘴内部流场数值模拟

采用Fluent软件提供的Lamina层流模型对相同出口结构、不同入口结构的扇形喷嘴内部流场进行数值模拟,并分析比较了不同入口结构流体的压力梯度及速度变化情况,以及出口射流速度及流量大小。研究结果表明:入口结构变化越剧烈,流场的压力梯度和速度变化越大,结构变化越平缓,压力和速度变化越平缓;出口圆柱段对射流速度的影响不大;平行形入口结构的射流速度最大,平顶形与锥形入口结构次之;新设计的具有平缓收缩功能的维多辛斯基腔体的出口速度最大,且出口流量远大于其余3种腔体,平行形入口结构流量最小。     

旋流自吸式喷嘴气相旋流流场理论数值分析

在考虑气体可压缩特性的基础上,针对气相旋流流场开展理论分析,结果表明喷嘴受限空间内气相旋流流场为强制涡与准自由涡的组合涡,并推导出适用于具有可压缩性和黏性的旋流气体运动规律通式;同时应用Fluent数值模拟软件对喷嘴开展气体单相数值研究,分析其流场分布特性,并利用模拟结果得出气流内部强制涡的旋流指数为n=-1,外部准自由涡的旋流指数为n=0.25;综合理论和数值研究推导出适用于可压缩旋流气体三相速度和压力沿径向的分布规律。本工作成果为深入研究旋流自吸式喷嘴的引射性能,雾化机理和雾化特性提供了理论依据。     

旋流喷嘴内部流场的数值模拟和实验研究

为了揭示旋流喷嘴内部流动机理,有效预测其外部雾化特性,采用VOF多相流模型和RNG κ-ε湍流模型对旋流喷嘴内部的气液两相流动进行了数值模拟.通过对喷嘴结构进行合理的网格划分和特殊边界条件设置,计算了喷嘴内部的速度场、压力场和空气芯的形状尺寸.分别通过激光测速仪和高速摄像仪测量出口速度、空气芯的直径和雾化半锥角,对计算结果进行了验证.结果表明,旋流喷嘴内部流动为Rankine涡结构,其雾化特性如雾化角和液膜厚度等可以通过分析出口处流场得到.