单个颗粒在垂直同心环空牛顿流体及幂律流体中运动规律的研究

本文选择更接近于实际的实验参数,使用全尺寸的环空实验架,在牛顿流体及幂律流体中做了颗粒上返及下沉规律的实验。运用数理分析和模型实验方法设计了实验方案,用统计分析方法采集并处理数据。通过计算机用多项式对实验结果做曲线拟合,得出了颗粒粒径、内管转速、环空平均流速等单因素的影响规律。运用量纲分析方法寻找各单因素影响规律之间的关系,从而得出了单个颗粒在牛顿流体、幂律流体中,轴向流和螺旋流流场下上返以及在静止和旋转流场中下沉规律的半经验公式。最后运用流体力学理论对结果进行了分析,认为在分析颗粒在环空中运动规律时,应区别颗粒在环空中上返和下沉两种情况,而不应在上返规律中直接套用下沉规律的结果。     

水平井段偏心环空中非牛顿流体层流流场的研究

对水平井段偏心环空中幂律流体和宾汉流体轴向流层流流场作了理论分析.把偏心环空视作变外径的同心环空.根据同心环空中流场分布规律.导出了水平井段偏心环空中轴向流速、剪切应力和剪切速率分布的数学表达式.并结合实验用非牛顿流体钻井液.绘制了各参数在偏心环空不同部位的分布规律曲线.解释了水平井段钻具的正偏心不利于岩屑携带的原因.并用实验结果验证了这一结论.初步建立了水平井段同心环空中层流螺旋流的微分方程.     

水平井段偏心环空中非牛顿流体层流流场的研究

对水平井段偏心环空中幂律流体和宾汉流体轴向流层流流场作了理论分析。把偏心环空视作变外径的同心环空，根据同心环空中流场分布规律，导出了水平井段偏心环空中轴向流速、剪切应力和剪切速率分布的数学表达式，并结合实验用非牛顿流体钻井液，绘制了各参数在偏心环空不同部位的分布规律曲线。解释了水平井段钻具的正偏心不利于岩屑携带的原因，并用实验结果验证了这一结论。初步建立了水平井段同心环空中层流螺旋流的微分方程。     

轴向变截面环空幂律流体内边界力的研究

在石油钻采工程中,井筒内流体多为非牛顿流体,在旋转杆管柱作用下做偏心环空螺旋流,而且偏心度沿杆管柱轴线呈任意变化.针对这一流体特性,建立了轴向变截面偏心环空幂律流体三维有限元模型,采用基于有限元的有限体积法,研究了流场分布规律及偏心度和转速对界面力的影响.计算结果表明:宽间隙侧最大轴向速度不变,旋转速度降低,窄间隙侧最大轴向速度降低,旋转速度增强.随着转速或偏心度的增加,流体对杆管柱作用的横向力和弯矩均增大,为进一步揭示和防治杆管偏磨提供了理论依据.     

幂律流体在定向井偏心环空内流动规律的研究

本文对定向井环室内幂律流体流动规律进行了理论分析和实验研究,建立了定向井环空流动物理模型,导出了幂律流体轴向定常层流流动的流场分布、流量和压耗模式,并对其变化规律分别作了详细分析。设计安装了定向井环空模拟实验架,对幂律流体在模拟环室内轴向层流流场和流动压耗进行了测量,并对流态变化规律、紊流压耗及内管旋转对幂律流体流动的影响作了探索性的试验研究。     

螺旋沉降离心机固相颗粒的动力研究

本文推导了卧式螺旋沉降离心机中二维流动下的固相颗粒受力方程及运动方程,同时考虑了颗粒与螺旋叶片的相对滑动、哥氏力、惯性力及液体二次流对颗粒的影响,使受力公式具有一般化的特点.     

深水钻井隔水管段大尺寸环空压耗数值模拟

深水钻井过程中海水段隔水管环空中的水力学特性与常规井有较大差别。运用理论分析的方法对海洋深水钻井隔水管段大尺寸环空中的压力损失进行了研究,分析了环空泥浆返速、钻杆旋转速度、钻井液性能和环空尺寸等对压耗的影响,并与常规井眼环空压耗进行了对比。研究结果表明:在大尺寸环空中,对于幂律流体,在层流状态下环空压耗随钻杆转速的增加而减小;随着环空尺寸的增大,环空压耗急剧降低;随钻井液流变指数和稠度系数的增加,环空压耗呈指数增大和线性增大。本文可为研究隔水管环空螺旋流携岩规律提供帮助。     

环形空间内幂律流体螺旋流层流流场性质的分析

本文从理论上分析了幂律流体螺旋流层流流场的性质。为了验证理论分析正确与否,测量了五种浓度的聚丙烯酰胺水溶液环空螺旋流层流流场中的速度分布,证实实验结果和理论计算结果完全吻合。文中所讨论的螺旋流流场可以作为石油钻井井内流场的理想化模型。     

钻柱旋转对大斜度井岩屑运移的影响研究

大斜度井中岩屑能否有效地运移对安全钻井至关重要.在国内外学者对大斜度井岩屑运移问题研究的基础上,考虑了钻柱旋转对其影响.钻柱旋转产生螺旋流,在螺旋流场中建立空间三维坐标,对岩屑颗粒进行受力分析,建立了力学平衡方程,进而求出临界环空返速,在此基础上可以计算最小携岩排量.通过研究可知,钻柱旋转对岩屑运移起到了有效作用,工程实践中,计算最小携岩排量时应考虑钻柱旋转的影响.     

旋风分离器数值计算及性能实验分析

借助计算流体力学软件Fluent,采用三维贴体坐标网格,基于非稳态雷诺应力湍流模型,对旋风分离器内部流场进行数值计算.研究不同粒径固相颗粒的运动轨迹,揭示颗粒在分离器中的运动机理,得到旋风分离器内部气流切向速度、轴向速度及切面旋转矢量速度的分布规律,并与实验测试值进行比对.结果表明:在相同条件下,数值计算与实验测试结果非常接近,能很好地预测切向速度的"驼峰"结构及轴向速度分布的上行流和下行流;随着颗粒粒径的增加,分离器外壁呈螺旋流分布,内部流夹带随粒径的增加而逐渐减小.     

立式螺旋沉降离心机固粒的力学研究

全面考虑颗粒与输料螺旋叶片的相对滑动、哥氏力、惯性力及液体二次流对颗粒的影响,推导了立式螺旋卸料沉降离心机中二维流动下固相颗粒的受力方程及运动方程,以此描述实际工作状况.     

大斜度井管内循环砾石充填过程可视化数值模拟

大斜度井管内循环砾石充填实质是复杂条件下的固液两相流动及砂床运移过程,存在携砂液向地层的滤失以及冲筛环空与井筒环空之间的流体质量交换。分别建立井筒环空固液两相流和冲筛环空单相流动系统的的砾石、携砂液的质量和动量守恒方程,以及各两个流动系统间的耦合流动方程,得到了倾斜井筒条件下的大斜度井管内砾石循环充填过程的数学模型。模型求解后研制了开发了充填过程模拟器软件,用于可视化模拟大斜度井砾石充填过程。分析了充填过程特征及各项动态参数的变化规律。     

超正压射孔井筒压力动态模拟分析

超正压射孔是1990年代发展起来的新技术,特别适用于碳酸盐岩裂缝性、非均质严重或污染严重的气层,由于良好的施工效果在国外得到很好应用。从超正压射孔的技术特点分析出发,阐述了超正压射孔的基本过程和增产原理;利用能量守恒方程和井筒液体运动方程,建立了超正压射孔井筒压力动态模拟数学模型;通过模型求解和结果分析,获得了井筒压力随时间的动态变化规律,它为超正压射孔裂缝扩展动态模拟和产能预测创造了条件。同时分析了不同液柱高度、气柱高度以及井口压力对施工压力曲线的影响,为超正压射孔工艺参数优化设计奠定了良好的理论基础。     

水平井砾石充填过程中的变质量流

由于携砂液向地层的滤失以及通过筛管缝隙的流体质量交换,水平井砾石充填过程中冲筛、井筒环空两个流动系统均为复杂的变质量流。考虑变质量流特征,分别建立井筒环空、冲筛环空两个独立流动系统的砾石、携砂液的质量和动量守恒方程,以及各系统间的流动耦合方程,得到水平井砾石充填过程中的变质量流动数学模型。数值求解后可计算压力、流量、窜流量、滤失量等随时间和位置的变化规律,为水平井砾石充填的优化设计提供基础。     

移动床气固流与水平埋管的传热特性研究

对正压差条件下顺重力移动床气体－颗粒流与水平埋管的传热特性进行了实验及理论研究，揭示了埋管表面附近气体颗粒局部流动及换热的特点，建立并简化求解了描述移动床气固流与埋管间传热的物理数学模型，结果表明，细颗粒气固移动床的床层颗粒质量流率是影响传热效果的主要因素，压力作用则是通过改变床层颗粒质量流率及气体渗流率和热容来影响传热的。     

长叶片冷却风扇扭曲规律的气动优化设计

利用透平机械欧拉方程和经典的变分原理，推导出了内燃机冷却风扇沿径向气流参数优化设计的数学模型，建立了风扇叶片扭曲规律优化设计的数学方法．应用该方法对６１０２汽油机冷却风扇进行了优化设计，并将计算结果与等反击系数流型和自由涡流型的计算结果做了比较     

涡流空气分级机转笼底盘结构对分级性能的影响

转笼作为涡流空气分级机唯一的动部件,其结构对分级性能有显著影响。采用计算流体动力学软件Fluent 17.0分别对封闭式底盘和开放式底盘两种转笼结构的分级机内部流场进行数值模拟,分析结果表明：开放式底盘结构对环形区流场有分流作用,越靠近环形区底部,分流现象越显著;轴向速度较大会加速颗粒下落,不利于分级精度的提高;分流现象减弱环形区速度场,使开放式的环形区内径向速度和切向速度均小于封闭式底盘结构的速度,在转笼外缘处尤为明显。离散相模拟结果显示,相比于封闭式底盘结构转笼,开放式底盘结构转笼分级粒径更小,分级精度略微降低。对碳酸钙物料进行分级实验的结果与数值模拟结果一致。     

气-液-固自然循环流化床中的流动特性和压降

建立了气-液-固冷模多管自然循环流化床蒸发器,利用CCD图像采集和处理系统,研究了固体颗粒的种类、含率和通气量等操作参数对于固体颗粒的流化和运动形态、分布以及加热管束中液-固两相流压降的影响．结果表明：通气位置对于固体颗粒在加热管柬中的分布影响较大．在上、下管箱中,固体颗粒的运动和流化形态不同．在上管箱中,固体颗粒形成中心上升、四周下降的循环运动,并且随着其密度的降低,固体颗粒在上管箱中的分布逐渐趋向均匀;在下管箱中,固体颗粒在中心轴的两侧形成两个大的旋涡,旋涡的旋转速度随着通气量的增加而增大．当气体从上管箱加入时,加热管束中液-固两相流的压降随着固体颗粒加入量和通气量的增加而增大．利用实验数据建立了加热管束中液-固两相流的压降模型,模型结果与实验数据吻合较好。