不同形状喷嘴的空化性能数值模拟研究

发布时间：2021-02-20 02:21

　　空化效应可在石油钻井中提高钻头钻速,为了获得不同形状喷嘴的空化性能,利使用FLUENT软件对常规型、扁平型、Y型、十字型、星型这5种形式喷嘴的空化效应进行了数值模拟仿真。研究结果表明:扁平型喷嘴经空化作用后气相具有较大的体积,星型喷嘴经空化作用后气相体积较小;喷嘴轴线上速度分布与喷嘴出口处的面积有关,面积越小轴线上的速度分布越大,但分布越不平稳;十字型喷嘴与常规型喷嘴的空化性能差异主要是由于常规型喷嘴内的湍动能强度较大造成的。喷嘴出口处的水力直径与空化作用后的气相分布具有较高的相关性。 

【文章来源】：流体机械. 2020,48(04)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

喷嘴内流体三维模型

流域网格模型

通过仿真模拟,得到了气相在流场内的分部状况。应用后处理软件CFD-Post,得到喷嘴壁面气相体积分数云图。由图3可知,液相发生空化作用后,气相会在常规型嘴的颈部壁面聚集如图3(a),其余喷嘴的壁面基本没有气相聚集,以扁平型喷嘴为例如图3(b)。若空化产生的气泡在喷嘴壁面溃灭,会瞬间产生强大的冲击波和高温高压,造成喷嘴壁面的空蚀,从而使喷嘴损坏。过喷嘴出口直径做剖面,得到剖面上气相体积分数云图,如图4所示。由图4(e)可知,经空化作用后,在常规喷嘴内气相初生于喷嘴颈部壁面,其余喷嘴气相初生于喷嘴出口附近。由图5可知,常规喷嘴入口处的壁面压力适中,且沿Z轴方向压降更快,而其余喷嘴沿轴线压力下降较慢,因此常规喷嘴提前达到空化所需饱和蒸气压,空化现象先于其他喷嘴。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3042073