外圆筒式水力消能装置结构研究

发布时间：2020-11-04 18:51

　　 外圆筒式水力消能装置的研发是为了降低高压含砂液流进入节流管汇前的压力,保障油气田生产的安全性。装置通过在圆筒中安装偏转一定角度的开口节流片作为起旋部件,使高压液流形成螺旋流,达到消能减压的目的。本文通过理论分析建立消能装置的初始模型,使用计算流体力学软件FLUENT对初始模型进行数值模拟,采用Standard k-ε模型分析了消能装置内部流体流场的速度、压力等物理量的分布规律。通过改变节流片的开口角度和偏转角度对初始模型进行了优化,在对比分析后选出了模型的最优结构。通过模拟分析不同雷诺数下装置的消能效率,研究流体的速度变化规律,探究了装置的消能机理。经模拟研究可知,外圆筒式水力消能装置的结构设计合理,具有良好的消能减压的作用,其消能的主力区为组合节流片。在节流片开口角度相同时,消能装置的消能效率随叶片偏转角度的增大而增大;在组合节流片偏转角度相同时,装置的消能效率随着叶片开度的减小而增大;装置消能效率随着液流雷诺数的增大而增大。液流在节流片后形成的螺旋流具有衰减性三维旋转流动的特点,其切向速度不可忽略。液流在消能装置的消能方式主要有局部水头损失、沿程水头损失和组合叶轮段的消能,流束形成的涡旋和螺旋流加剧了液体之间的碰撞、摩擦、掺混,最终动能转化为热能,达成消能的目的。本文通过模拟研究,给出了外圆筒式消能装置的结构和消能特性,为油气田管道消能提出了新思路,给今后的相关研究提供了一定的理论和数据基础。
【学位单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE937
【部分图文】：

数值模拟等多种方法对装置的流动规律和消能效率等问题进行了研究，部分消能装验证成果可喜。.2.1 平板孔口消能装置孔口水利特性是孔口消能的依据，对于孔口大小一定，通过固定的液体流量，所的水头是确定的。相应的，也可以调整孔口的相关参数，改变装置的消能效率，以工程的需求。关于平板孔口的结构如下图 2-1 所示：

图 2-2 圆管斜开口消能装置水流进入装置，先流入内管，当内管中充满水流后，水流会沿着开设的进水孔流入外管。在通过斜向的进水孔时，流体的速度方向、大小以等流动参数均发生改变，水流会通过局部水头损失消散掉部分能量。除此之外，高速水流切向速度的改变，会形成螺旋流，流体之间的相对运动加强，形成更加剧烈的紊动，该过程中水流的能量会以热能的形式耗散很多。理论分析来说，圆管斜开口装置的消能效率要高于直开口的消能装置，研究人员通过试验对比，也验证了这一结论。（2）管壁切向进水消能装置管壁切向进水消能装置与圆管斜开口消能装置斜向进水的方式不同，该装置时通过加在管道外的切向进水管线与管内水流冲击来形成螺旋流[41]，装置的结构简图如下图2-3 所示：

该装置时通过加在管道外的切向进水管线与管内水流冲击来形成螺旋流[41]，装置的结构简图如下图2-3 所示：图 2-3 管壁切向进水消能装置图中箭头指示了水流的方向，具有较高水头的水流通过切向引水管冲击沿管道正常流动的水流，两者都具有较高的压力，切向引入的水流会形成相对强度的涡流，与受到冲击的水流相叠加，在管内引水管前后形成较稳定螺旋流，流体之间的剪切作用加强，比起一般的水头损失，此时装置的压力损失更大。
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本文编号：2870467