螺旋轴流式多相混输泵内部流动能量损失特性研究

发布时间：2020-08-06 21:44

【摘要】：轴流式多相混输泵由于其体积小、扬程高,并且所输送介质中的含气率可达80%以上,受到国内外广大科研院所和企业的关注,特别是相对于目前使用较多的螺杆泵而言,轴流式混输泵的结构简单、适用范围更广,节约油气开采成本。目前这种类型的混输泵在国外一些国家已有使用,但效果仍不理想,且国外对我国施行技术封锁,我国在轴流式多相混输泵的研究方面还处于初步探索阶段,且目前我国所研究的样机效率较低,这主要是由于轴流式多相混输泵在原油开采过程中常常伴随着各种能量损失,如冲击损失、摩擦损失以及各种回流损失等,分析其主要原因有:一,轴流式多相混输泵压缩级单元内易出现旋涡;二,轴流式多相混输泵内部存在较大的湍流耗散;三,由于轴流式多相混输泵独特的增压单元结构导致内部流动十分复杂,且目前人们对混输泵压缩级单元的内部流动机理尚未完全掌握。针对以上存在的问题,本文的主要工作如下:1)螺旋轴流式多相混输泵内旋涡特性研究混输泵内流动的复杂性导致其内部存在较多的旋涡,本文分别在不同流量和不同含气率下对混输泵流道内的旋涡演变规律展开分析,发现含气率工况下轴向旋涡主要分布在静叶轮内,随着流量的增加混输泵静叶轮内的轴向旋涡逐渐变小直至消失,且轴向旋涡有向静叶轮出口移动的趋势,随着流量的增加混输泵首级静叶轮进口段中间截面的径向旋涡大小逐渐减小,且旋涡的中心逐渐向轮毂移动,混输泵首级静叶轮中间段和出口段中间截面的径向旋涡先减少后增加。2)螺旋轴流式多相混输泵压缩级单元内湍流耗散分析为了研究混输泵内部的湍流耗散随流量和含气率的变化规律,选取混输泵首级压缩单元,对首级压缩单元内的湍流耗散展开了分析,研究结果表明含气率工况下导叶内的湍流耗散值整体大于叶轮内的湍流耗散值,在叶轮叶片同一位置处,含气率越高,湍流耗散的值越大,湍流耗散较大的区域主要集中在叶轮叶片的进出口处,随着流量的增加,叶轮和导叶内湍流耗散的整体值逐渐降低。3)螺旋轴流式多相混输泵内流动损失数值计算为了研究螺旋轴流式多相混输泵在不同工况下的内部流动损失特性,分别在纯水工况不同流量下对混输泵的水力损失展开分析,研究结果表明在小流量工况下,叶轮内的能量损失主要以湍流耗散损失为主,在大流量工况下,叶轮内的能量损失主要以叶轮进口冲击损失和叶轮流道扩散损失为主,在各个流量工况下,导叶内的能量损失都主要以湍流耗散损失和摩擦损失为主。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE974.1
【图文】：

好的模型进行装配，最后导出 STP 格式，全流场三维计算域表 2.1 混输泵的性能几何参数able 2.1 The performance geometric parameters of the multiphase pum参量 数值设计流量 /(/)3Qmhd110设计扬程 H / m85设计转速 n/( r/m)3000电机功率 P/ KW55叶轮叶片数1Z 4导叶叶片数2Z 9

吸入室 压出室图 2.2 吸入室和压出室网格划分Fig. 2.2 The grid division of the suction chamber and the pressure chamber由于本文的研究重点是混输泵的压缩级单元，所以对混输泵的叶轮和导叶采用结格划分，应用 Turbogrid 对叶轮和导叶网格划分具体步骤如下：（1）导入模型。将保存好的 STP 格式文件导入到 Geometry。（2）划分单流道。将导入的模型在 Geometry 里进行单流道抽取。（3）网格划分。将 Geometry 里划分好的单流道导入到 Turbogrid 中，然后urbogrid 里拓扑结构，设置网格数，生成结构网格。（4）导出网格。将划分好的单流道网格导出 CGNS 格式。（5）网格复制。将 CGNS 格式的网格导入 ICEM 中，然后在 ICEM 中旋转复制。最终得到的叶轮和导叶的网格如图 2.3 所示。

叶轮 导叶图 2.3 压缩级单元网格划分Fig. 2.3 The grid division of the compression stage2.2.3 网格无关性验证展开对多相混输泵的数值计算时，网格质量以及网格数的多少将直接影响到数值计算的准确性和计算速度，因此，有必要对网格的无关性进行验证。为了减小网格数对计算结果的影响，分别对混输泵各部件在同样的情况下设置了不同的网格尺寸。图 2.4 显示了设计工况下，效率和扬程随网格数的变化情况。正如图中所示，当网格数量从 524.7万增加到 615.0 万的过程中，扬程和效率只增加了 0.06%和 0.03%，已经满足了网格的无关性要求，如果网格数量继续增加，将加很多计算时间，而对计算结果的影响很小，因此选用 524.7 万网格作为计算。通过网格无关性验证，最终确定混输泵整个流体域的网格数为 524.7 万。74.074.4扬扬效效33.10

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本文编号：2783006