海底水力冲射开沟作业数值计算

发布时间：2017-10-06 22:31

  本文关键词：海底水力冲射开沟作业数值计算

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【摘要】：作为海上油气运输的大动脉,海底管道在海洋石油工程和经济建设中发挥着越来越重要的作用。挖沟埋设是为了对其进行保护的一种有效措施。其中,挖沟埋设管道的一种专业设备就是海底水力冲射式开沟机。最新研究发现,在冲射开沟机的设计过程中存在很多问题,其中最困难的也是最重要的问题是射流相关参数设置没有根据,国家与行业也没有相关的理论标准,基本上都是依靠设计者的经验来设置。设定的射流参数是否合适无法确定,开沟机的射流破土能力也就无法最大化地发挥出来。本文针对海底水力喷射式挖沟机射流破土技术,以喷射式挖沟机主要部件喷射泵为研究对象,通过查阅了有关喷射式挖沟设备及技术的相关文献,归纳总结了冲射式挖沟机的关键技术,从中建立了喷射泵的几何与求解模型。运用了数值计算的方法,结合计算流体动力学、流体力学、复杂流体力学,采用了CFD FLUENT软件分析计算了喷嘴锥角角度和扩散角度等参数对冲射式挖沟机效率的影响,对这些参数进行确定并且对挖沟机整体进行优化。第一,通过CFD数值模拟软件模拟对挖沟机开沟效率的影响最大的喷嘴锥角角度、扩散角度及喉嘴距,确定喷嘴、扩散管和喉嘴距的最优改进方案。第二,研究了开沟机在不同工况下的效率,主要采用的方法同样是数值模拟方法,确定了喷射泵所需喷射液体的最低速度,并确定了开沟机在海底所能工作的最大深度与在浅海正常工作最小深度。研究表明:进行数值模拟方案设计时采用单一变量法,既能减少数据处理量,又能减少数值模拟次数,时间和成本被节约的同时,数值模拟效果的全面性也能够达到。喷射泵工作效率在喷嘴锥角约为45°、扩散角为6~8°、喉嘴距为300mm时效率都能有很大的提高。喷射泵的效率随着海底深度的增加和入口流体速度的减小而减小。通过多组数值模拟及海底工况条件,模拟出开沟机允许的最大运行深度为100m,最浅工作深度为海平面下1.2m,并通过对喷射泵结构改进优化处理后,模拟出开沟机最浅运行深度可达海平面下0.6m。综上所述,本文研究成果可对海底水力挖沟技术提供一定的帮助,也对今后喷射泵的进一步研究提供借鉴。
【关键词】：挖沟机 射流破土 CFD 喷射泵
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE97
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 创新点摘要7-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 研究背景及目的意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-22
• 1.2.1 喷射式挖沟设备及技术的研究概况12-14
• 1.2.2 现有冲射式开沟机的几种类型14-22
• 1.3 海底冲射式开沟机关键技术22-23
• 1.4 论文的主要研究内容23-24
• 第二章 喷射式海底挖沟机的理论基础24-31
• 2.1 喷射式挖沟机简介24
• 2.2 喷射泵24-30
• 2.2.1 喷射泵的结构24-25
• 2.2.2 喷射泵的工作原理25
• 2.2.3 喷射泵的相似定律25-26
• 2.2.4 喷射泵的特性方程26-27
• 2.2.5 射流基本理论27-28
• 2.2.6 喷射泵的主要优缺点28-29
• 2.2.7 喷射式液体输送泵的基本参数29
• 2.2.8 喷射泵存在问题29-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第三章 液固两相流基本理论31-38
• 3.1 液固两相流研究概况31-32
• 3.1.1 理论研究31
• 3.1.2 应用问题研究31-32
• 3.2 液固两相流的基本参数32-34
• 3.2.1 流量32
• 3.2.2 速度32-33
• 3.2.3 密度33-34
• 3.3 滞留效应34
• 3.4 固体颗粒在流体中的受力分析34-36
• 3.4.1 斯托克斯粘性阻力34-35
• 3.4.2 虚拟质量力（附加质量力）35-36
• 3.4.3 压力梯度力36
• 3.4.4 巴塞特力36
• 3.5 液固两相流的基本方程36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第四章 喷射泵流场模型及几何模型的建立38-45
• 4.1 FLUENT软件简介38
• 4.2 喷射泵内部流场模型的建立38-39
• 4.2.1 湍流数值模拟方法38
• 4.2.2 计算模型38-39
• 4.3 喷射泵内部流场模型的求解39-40
• 4.4 喷射泵内部流场模拟几何模型的建立40-44
• 4.4.1 模型的建立40-43
• 4.4.2 网格划分43-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第五章 数值模拟结果及分析45-61
• 5.1 喷射泵运行参数可行性研究45
• 5.2 数据对比分析45-52
• 5.2.1 喷嘴锥角对喷射泵效率的影响45-47
• 5.2.2 扩散角对喷射泵效率的影响47-48
• 5.2.3 喉嘴距对喷射泵效率的影响48
• 5.2.4 开沟机海底运行深度对喷射泵效率的影响48-50
• 5.2.5 开沟机入口流体速度对运行效率的影响50-52
• 5.3 开沟机浅海作业分析52-59
• 5.3.1 开沟机在浅海工作深度的确定52-56
• 5.3.2 对泵的结构进行优化56-59
• 5.4 本章小结59-61
• 结论61-62
• 参考文献62-67
• 致谢67-68

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本文编号：985401