测试井口油嘴空蚀磨损数值模拟研究
发布时间：2021-04-14 00:44
节流油嘴是接在油气井测试及开采工艺流程管线中用以控制和调节管道流量及井内压力的关键部件。流体经油嘴节流口,流道截面积收缩,流线折转,流体在节流口处发生流体分离,局部漩涡回流能量消耗致使局部区域压力下降,出现空化现象。空化区的溃灭会产生瞬时高频冲击高压力持续作用于油嘴材料表面造成空蚀破坏,制约和影响着锥形节流油嘴的正常工作性能及其使用寿命。由于空化流动模拟计算中,计算结果的准确性取决于计算模型的准确性,本文首先对计算模型进行了验证及修正,并与实验数据对比,验证其在空化流动模拟中的准确性;然后采用验证的计算模型及方法对锥形节流油嘴内部的空化流动规律进行了研究,同时提出了空蚀损伤定量预测模型;最后在以上研究的基础上,提出了锥形节流油嘴的改进方案。研究结果表明,采用RNG k-ε湍流模型、Schnerr-Sauer（SS）模型及增强壁面函数模型计算空化流动,模拟结果与试验数据具有较好的一致性,计算收敛速度较快且提供的流场信息更详尽细致;采用修正的空化模型准确模拟得到了锥形节流油嘴内空化流场流动特性及压力、速度、流线、空化区等详细分布规律;基于壁面剪切力机理,提出了空蚀损伤定量预测模型并准确定位...
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１螺旋桨的空化破坏??Ｆｉｇ．?２．１?Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ?ｄａｍａｇｅ?ｏｆ?ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ??
在节流油嘴的使用过程中，空化现象是极具破坏性的常见问题之一。空化现??象对节流油嘴的破坏作用，其一是空化气泡在近壁处的溃灭力量可使节流油嘴表??面材料剥离，产生空蚀破坏如图２．２所示［４］。其二是空化现象的存在会降低节流油??嘴的效率及性能。??ＶＩ娜：??图２．２阀芯的空蚀破坏??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ?ｄａｍａｇｅ?ｏｆ?ｖａｌｖｅ??２．１．２空化的相似参数??１９２４年，学者托马斯提出一个重要的相似参数无量纲数来描述空化现象，??这个参数成为了水动力学和水力学中的重要的相似参数，即空化数，其形式为??Ｐｖ?（２．１）??丄?２??式中：怠表示未扰动参考截面流体静压；Ｉ表示未扰动参考截面速度；Ｐ表??示流体的密度；Ａ表示饱和蒸气压。??自从有了空化数，对空化现象就有了量化的描述，它可以描述液体的空化状??态，可以对实验现象进行比较。＾为空化刚产生或刚消失的临界空化数，当Ｏｆｆｃｒｉｔ??无空化水流；Ｆ〇ｃｌｉｔ空化刚刚发生或是刚刚消失，无效率损失但有噪声辐射；当??ｆＯｃｎｔ空化发展了，有强烈的噪声和振动，但这时的效率下降并不十分显著；当??＾＜０＾空化充分发展了，甚至可能出现超空化现象，效率严重下降或迅速提髙［５］。??由公式２－１可以看出
水泵空化、雷头空化等；按流动性质可以分为物面空化、梢涡空化、尾流空化等；??根据空化基本形态的不同可以分为泡状空化、片空化、云空化、超空化和涡空化，??如图２．３所示为各种类型的空化形态［６］。??（ａ）泡空化?（ｂ）片空化??（ｃ）云空化?（ｄ）涡空化??ｎ?—ｍｍ??（ｅ）超空化??图２．３空化类型分类示意图??Ｆｉｇ．?２．３?Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ?ｔｙｐｅ?ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ??（ｉ）泡空化??如图２．３?（ａ）所示，泡空化也称为游离空化，表现为分离的空泡在水翼表面??随时间向下游移动。泡空化是一种具有非定常特征的空化形态。??－５－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]三种空穴模型在可调汽蚀文氏管数值模拟中的对比研究[J]. 曹东刚,何国强,潘宏亮,秦飞. 西北工业大学学报. 2013(04)
[2]基于Fluent自振空化喷嘴内流场的数值模拟[J]. 陈林,雷玉勇,郭宗环,王永韦. 机床与液压. 2013(11)
[3]高温高压差液控阀空化和空蚀的数值分析[J]. 王黎,偶国富,郑智剑. 液压气动与密封. 2013(06)
[4]煤液化高压差调节阀空蚀/冲蚀磨损预测[J]. 偶国富,饶杰,章利特,郑智剑,叶健. 摩擦学学报. 2013(02)
[5]空化模型中的相变系数影响研究[J]. 王柏秋,王聪,黄海龙,何春涛,张嘉钟. 工程力学. 2012(08)
[6]空蚀机理的研究综述[J]. 偶国富,周永芳,郑智剑,章利特,吴崇芳. 液压与气动. 2012(04)
[7]两种空化模型计算二维水翼空化流动研究[J]. 刘艳,赵鹏飞,王晓放. 大连理工大学学报. 2012(02)
[8]缩放型喷嘴产生的空化射流流场数值模拟[J]. 卢义玉,王晓川,康勇,陈宇龙. 中国石油大学学报(自然科学版). 2009(06)
[9]基于Fluent的锥形节流阀流场数值模拟[J]. 张晓东,李俊华. 石油矿场机械. 2009(09)
[10]几种湍流模型及其在FLUENT中的应用[J]. 任志安,郝点,谢红杰. 化工装备技术. 2009(02)
博士论文
[1]空蚀发生过程中表面形貌作用机理研究[D]. 李永健.清华大学 2009
硕士论文
[1]煤液化减压阀空蚀机理及数值预测方法研究[D]. 李伟正.浙江理工大学 2015
[2]煤液化高温液控阀空蚀失效预测方法研究[D]. 郑智剑.浙江理工大学 2011
[3]节流阀结构研究与流场数值模拟分析[D]. 刘干.西南石油学院 2003
本文编号：3136321
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１螺旋桨的空化破坏??Ｆｉｇ．?２．１?Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ?ｄａｍａｇｅ?ｏｆ?ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ??
在节流油嘴的使用过程中，空化现象是极具破坏性的常见问题之一。空化现??象对节流油嘴的破坏作用，其一是空化气泡在近壁处的溃灭力量可使节流油嘴表??面材料剥离，产生空蚀破坏如图２．２所示［４］。其二是空化现象的存在会降低节流油??嘴的效率及性能。??ＶＩ娜：??图２．２阀芯的空蚀破坏??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ?ｄａｍａｇｅ?ｏｆ?ｖａｌｖｅ??２．１．２空化的相似参数??１９２４年，学者托马斯提出一个重要的相似参数无量纲数来描述空化现象，??这个参数成为了水动力学和水力学中的重要的相似参数，即空化数，其形式为??Ｐｖ?（２．１）??丄?２??式中：怠表示未扰动参考截面流体静压；Ｉ表示未扰动参考截面速度；Ｐ表??示流体的密度；Ａ表示饱和蒸气压。??自从有了空化数，对空化现象就有了量化的描述，它可以描述液体的空化状??态，可以对实验现象进行比较。＾为空化刚产生或刚消失的临界空化数，当Ｏｆｆｃｒｉｔ??无空化水流；Ｆ〇ｃｌｉｔ空化刚刚发生或是刚刚消失，无效率损失但有噪声辐射；当??ｆＯｃｎｔ空化发展了，有强烈的噪声和振动，但这时的效率下降并不十分显著；当??＾＜０＾空化充分发展了，甚至可能出现超空化现象，效率严重下降或迅速提髙［５］。??由公式２－１可以看出
水泵空化、雷头空化等；按流动性质可以分为物面空化、梢涡空化、尾流空化等；??根据空化基本形态的不同可以分为泡状空化、片空化、云空化、超空化和涡空化，??如图２．３所示为各种类型的空化形态［６］。??（ａ）泡空化?（ｂ）片空化??（ｃ）云空化?（ｄ）涡空化??ｎ?—ｍｍ??（ｅ）超空化??图２．３空化类型分类示意图??Ｆｉｇ．?２．３?Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ?ｔｙｐｅ?ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ??（ｉ）泡空化??如图２．３?（ａ）所示，泡空化也称为游离空化，表现为分离的空泡在水翼表面??随时间向下游移动。泡空化是一种具有非定常特征的空化形态。??－５－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]三种空穴模型在可调汽蚀文氏管数值模拟中的对比研究[J]. 曹东刚,何国强,潘宏亮,秦飞. 西北工业大学学报. 2013(04)
[2]基于Fluent自振空化喷嘴内流场的数值模拟[J]. 陈林,雷玉勇,郭宗环,王永韦. 机床与液压. 2013(11)
[3]高温高压差液控阀空化和空蚀的数值分析[J]. 王黎,偶国富,郑智剑. 液压气动与密封. 2013(06)
[4]煤液化高压差调节阀空蚀/冲蚀磨损预测[J]. 偶国富,饶杰,章利特,郑智剑,叶健. 摩擦学学报. 2013(02)
[5]空化模型中的相变系数影响研究[J]. 王柏秋,王聪,黄海龙,何春涛,张嘉钟. 工程力学. 2012(08)
[6]空蚀机理的研究综述[J]. 偶国富,周永芳,郑智剑,章利特,吴崇芳. 液压与气动. 2012(04)
[7]两种空化模型计算二维水翼空化流动研究[J]. 刘艳,赵鹏飞,王晓放. 大连理工大学学报. 2012(02)
[8]缩放型喷嘴产生的空化射流流场数值模拟[J]. 卢义玉,王晓川,康勇,陈宇龙. 中国石油大学学报(自然科学版). 2009(06)
[9]基于Fluent的锥形节流阀流场数值模拟[J]. 张晓东,李俊华. 石油矿场机械. 2009(09)
[10]几种湍流模型及其在FLUENT中的应用[J]. 任志安,郝点,谢红杰. 化工装备技术. 2009(02)
博士论文
[1]空蚀发生过程中表面形貌作用机理研究[D]. 李永健.清华大学 2009
硕士论文
[1]煤液化减压阀空蚀机理及数值预测方法研究[D]. 李伟正.浙江理工大学 2015
[2]煤液化高温液控阀空蚀失效预测方法研究[D]. 郑智剑.浙江理工大学 2011
[3]节流阀结构研究与流场数值模拟分析[D]. 刘干.西南石油学院 2003
本文编号：3136321
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