环空流体吸入式自激振荡脉冲射流大涡模拟研究

发展新型破岩钻井技术对于促进油气田高效开发具有重要意义,高压水射流是提高破岩钻井效率的一个重要手段,脉冲射流是一种高效射流形式.为了充分利用井底水力能量,提出了一种环空流体吸入式脉冲射流的技术构想.基于自激振荡原理设计了相应射流调制工具,并对工具的流场和动力学特性进行了大涡模拟研究.研究结果分析揭示了环空流体吸入式自激振荡脉冲射流调制的机理,并发现合理的水力结构可以在振荡腔内实现局部负压,使得环空流体被吸入,参与调制生成高效脉冲射流.与非吸入式脉冲射流相比,吸入式脉冲射流振荡更加剧烈,破岩能力更强.研究结果得到了实验验证,为实际钻井工具的研制和相关工艺技术的开发提供了依据.     

自激振荡脉冲射流动态特性的实验研究

通过实验研究了自激振荡脉冲射流重要参数相互之间的影响关系。实验结果表明:泵压升高,射流频率增加;腔长增大,射流频率降低;而且存在一个最佳腔长使脉冲射流压力峰值达到最大。实验结果与理论分析一致。     

脉冲流体射流泵喉管长度的研究

运用计算流体动力学,对多种面积比的脉冲流体射流泵内部流场进行了数值模拟。针对喉管不同断面的速度分布和壁面压力分析,得到了脉冲流体射流泵最优喉管长度,通过相应的试验研究,二者结果基本一致。     

射流速度对水射流破岩影响效果数值试验研究

水射流破岩技术在许多工程领域有着广泛的应用,但是其破岩效率影响因素众多,作用机理复杂。通过建立水射流数值模型,运用动态非线性有限元法,基于ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ进行不同井深条件下射流速度对岩石破坏效率影响研究,结果表明:射流速度对高压水射流破岩的影响较大,水射流冲击岩石在接触部位附近形成应力集中,岩石的塑性应变围绕射流孔径大致呈对称变化规律,随着射流速度增加,破岩深度迅速增加,两者呈线性关系增长。     

淹没条件下自激吸气式脉冲射流流场初步研究

运用计算流体动力学软件,对水下自激吸气式脉冲射流流场进行数值计算。结果表明:在模拟工况的运行参数和结构参数下,自激吸气式脉冲射流装置可以产生自吸气;不同水深条件下,装置形成的涡旋气团时间不同、气团形状不同;随着模拟水深的加大,装置内气体浓度以及射流轴心的速度、压力呈现递减趋势。     

水泥浆流变性分析及其环空流动的数值模拟

偏心环空流动的均匀性在固井工程中有重要影响。通过实验对三种不同配方的水泥浆进行流变性分析,得到适合水泥浆的最佳流变模式是赫切尔一巴尔克莱(H-B)模式。应用Fluent软件对外径0.24 m(9 1/2”),内径0.18 m(7”)的环空井筒内水泥浆流动进行了数值模拟,得到了偏心度、流速以及流体的流变参数对流动不均匀度的影响规律。模拟结果表明,偏心是引起环空流动不均匀的主要原因。随着偏心度的增加,流动均匀性降低;另外,提高流动速率以及降低流体的屈服应力、稠度系数和流性指数有利于环空流动的均匀性。     

簧阀阻断式脉冲磨料射流破岩的试验研究

为了充分利用井底水力能量提高钻速,提出了井下调制簧阀阻断式脉冲磨料射流钻井技术。模拟分析了簧阀阻断式脉冲磨料射流钻井工具的内部流场,确认了采用簧阀阻断式机构调制脉冲射流的原理可行。研制了簧阀阻断式脉冲磨料射流的原理样机,纯水射流的试验测试结果表明,簧阀阻断式脉冲射流破岩性能明显优于连续射流;基于正交试验法,优选确定了原理样机的结构参数,进而引入磨料,调制形成脉冲磨料射流。脉冲磨料射流破岩试验结果表明,岩石破碎孔的深度随着泵压增大而增大,而随着磨料浓度和喷距的增大,则先增大后逐渐减小,存在最优值。研究结果证实了井下调制簧阀阻断式脉冲磨料射流钻井方法的原理可行,可为实际技术发展提供依据。     

同轴三维射流特性研究

在k～ε双方程紊流模型的基础上,结合混合有限分析交错网格法,对同轴三维非浮力射流进行了数值模拟,得到了三维同轴射流的流动特性和浓度分布特性。将计算所得结果与前人的试验资料进行对比,两者的流动特性吻合较好;计算给出的浓度在横断面上的分布图以及在不同流速比下的变化规律与解析解的结果基本一致,进一步验证了数值模型的可靠性,表明建立的紊流数学模型及计算方法是有效的。     

喷嘴参数对射流结构影响的数值模拟

根据现有实验条件,建立了物理模型和数学模型.选用k-ε紊流模型,并采用SIMPLEC算法进行数值计算.计算结果表明,角形喷嘴射流没有等速核段,轴心速度衰减与锥形喷嘴射流基本段轴心速度衰减相似,射流断面速度分布具有自模性.从角形喷嘴功能要求及射流动力特性出发,扩散角在30°附近有一较佳值;扩散段长度应达到一定值;圆柱段长度在8mm附近有一较佳值.     

自然通风间接空冷塔优化布置的数值模拟研究

自然通风间接空冷塔的布置间距以及与主风向的关系是电厂总图设计需关注的重要问题。该文采用FLUENT软件及其散热器模型,对两个自然通风间接空冷塔的布置间距和受不同自然风向影响的空冷塔布置进行了数值模拟研究。计算结果表明:自然通风间接空冷塔的净间距不宜小于50 m;两个间接空冷塔的连线宜与自然风的主风向平行。该结论可为相关工程设计提供参考和依据。     

脉冲液体射流泵时均值基本性能的研究

本文运用流体力学，湍流射流理论和时均值计算法，导出了脉冲液体射流泵时均值基本方程及其动量修正系数方程组。通过与恒定液体射流泵基本方程进行对比，阐明了二者之间的关系，并经国内外试验资料进行了验证。     

脉冲液体射流泵基本性能的研究

本文根据脉冲液体的动量方程和能量方程，导出了脉冲液体射流泵基本性能方程，并与恒定流的液体射流泵基本性能方程进行了对比，阐明了二者之间的关系。依据脉冲液体射流泵时均值性能试验数据和其几何尺寸，经分析与计算给出了脉冲液体射流泵时均值基本性能的经验公式。     

泥沙粒径及射流速度对沙床冲刷的影响

射流冲刷在众多疏浚工程中应用广泛并发挥了重要作用,对其开展深入研究很有必要。基于Eulerian二相流模型和k-ε湍流模型,以粒径为0.04~0.23 mm的沙床为研究对象,进行了二维垂向淹没射流冲刷沙床的数值模拟,研究了粒径和射流速度对沙床冲刷的影响。结果表明,在研究的粒径范围内,最大冲刷深度和悬浮泥沙体积与流速成正相关,与粒径成负相关,且流速的影响更大。     

多孔热水浮射流不同孔间距的数值模拟研究

为研究多孔扩散器不同孔间距对污水排放的影响,采用FLUENT软件中的Reyonlds应力模型并结合SIMPLE算法对动水环境中的多孔浮射流不同位置处的压强场、速度场和温度场展开研究,并对结果进行了对比分析。研究表明:孔间距越大,混合点距孔口的距离越远,吸附效应越不明显,在距孔口同一位置处各物理量的数值也越小。