电潜泵气液两相流瞬态特性数值分析

发布时间：2020-06-13 04:41

【摘要】：电动潜油离心泵是主要人工举升采油方式之一,适合高产井、斜直井,具有维护费用低、占地面积小等特点。但是,在输送气液两相时举升能力不佳,泵效低,气液比大时,会发生气锁现象,严重危害了抽油机井的正常运行。针对电潜泵两相流流场性能的研究成果还不完善,因此本文将对广泛应用于油田的某型号电潜泵输送两相流时的外特性及流场特性进行研究,并进一步揭示两相流机理。基于计算流体动力学理论,构建电潜泵两相流流场力学模型,应用CFD仿真软件CFX对电潜泵内单相流和气液两相流工况进行数值模拟。通过对比实验结果与模拟结果,验证模拟结果的正确性。进一步对变流量工况和变转速工况下气液两相流进行了模拟,从稳态和瞬态两个角度出发,分析两相流时流场内气相体积分布、压力场、速度场及叶片载荷变化规律。分析结果表明:输送气液两相时电潜泵扬程、功率和效率均减小,流道内压力值略增大,流速小幅值增大,且通入气液比越大泵的性能越差。气相在流道内分布不均匀,沿轴向方向气相聚集范围为自前盖板向流道出口延伸,气相浓度自前盖板向流道出口递减。叶轮内前盖板侧叶片后段有气液分离区存在。随着叶轮旋转,气相在流道内表现出有规律的周期性聚集扩散变化。气液比增大,流道内气相聚集浓度最大值增大,高浓度气相占据流道面积向叶片工作面扩展,聚集扩散周期增长,气液分离区范围向前盖板侧缩减,泵内压力小幅度增大,主流流速增加,涡流作用范围增大。当叶轮转速增加时,气相聚集扩散周期缩短,叶轮内气相聚集浓度最大值减小,而导轮内气相聚集浓度最大值增大,叶轮内高浓度气相聚集范围缩小,而导轮内高浓度气相聚集范围增大。两相流时叶片表面载荷曲线不光滑,且流量越大载荷波动幅度越大。气液比较大时,叶片尾缘处工作面压力偏低。气相在流道内有规律的周期性聚集扩散,引起叶片两侧载荷有规律的变化,导致叶片两侧压差产生小幅值有规律波动。本文研究成果完善了电动潜油离心泵输送气液两相流时内部流场的流动机理,为电潜泵的气液混输应用提供了理论指导,并为优化电潜泵结构及性能提供理论依据。
【图文】：

流程图,数值计算,流程,初创阶段

图 2.1CFD 数值计算流程2.CFD 技术的发展历程CFD 技术的发展是随着计算机水平和数值算法的发展而发展的。1933 年 Thom 用手摇计算机对一个外掠圆柱流动进行了数值计算。而从 20 世纪六十年代起，CFD 技术发展到现在可以分成三个阶段，初创阶段、工业应用阶段和蓬勃发展阶段。（1）初创阶段（1965-1974）初创阶段的主要研究内容是解决 CFD 技术中的一些基本理论问题，包括模型方程、数值方法、网格划分、编写程序与程序实现等，并对数值计算结果的准确性和可靠性进行验证。1965 年 Harlow 等人提出交错网格，为 SIMPLE 算法的提出提供了基础。1967年 Patankar 等人发表了求解抛物型流动的 P-S 方法，并在 1972 年推出了 SIMPLE 算法求解内流问题。为解决几何边界复杂的内流问题，，学着开始对网格变换问题的进行研究，1974 年 Thompson 等人提出采用微分方程来生成适体坐标的方法（TTM 方法），后来逐渐形成了 CFD 技术中一个专门的研究领域“网格生成技术”。（2）工业应用阶段（1975-1984）工业应用阶段的主要研究内容是 CFD 技术工程应用的可行性、可靠性和工业化推

导轮,叶轮,实物,电潜泵

本文运用 CFTurbo 设计电潜泵三维结构可究的电潜泵的主要参数如表 3-1：表 3-1 电潜泵主要参数参数数值单位流量 Q 100 m3/d扬程 H 6.95 m转速 n 2900 r/min轮进口直径 D1 25.8 mm叶轮外径 D2 35.8 mm轮出口宽度 b1 8 mm轮出口直径 b2 8 mm叶轮叶片数 7 片导轮叶片数 10 片
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE933.3

【参考文献】