基于能量守恒的螺杆泵动态充满程度计算模型及应用

螺杆泵举升作为主要举升方式已得到广泛应用,但受举升介质及工作参数影响螺杆泵性能不能有效发挥,限制了其泵效最大化。本论文针对螺杆泵采油存在的充不满现象,以螺杆泵泵下油管、吸入口和泵腔内液面为研究对象,分别建立相邻两截面间的伯努利方程,确定泵腔内液面高度;并根据转子运动规律,建立泵腔打开体积模型和进入流体体积模型,结合泵腔内液面高度确定螺杆泵的动态充满程度;通过对不同参数的模拟计算分析,动液面、转速是影响螺杆泵充不满的主要因素。现场5口井实际生产效果证明,本论文建立的计算模型误差小于10.3%。     

全金属螺杆泵漏失机理研究

传统的橡胶螺杆泵采用过盈方式啮合,当压力小于泵的击穿压力之前,泵没有漏失现象,但全金属螺杆泵定转子都是金属材质,且定转子之间采用间隙配合的啮合方式,所以即使在泵正常工作时,漏失也是一直存在的,研究全金属螺杆泵的漏失规律,为研究整个螺杆泵工作特性奠定基础。在同心环缝隙流动基础上充分考虑流体惯性力引起的压降漏失,研究全金属螺杆泵漏失计算通式,在对模型进行验证的基础上,分析漏失模型的影响因素,结果表明全金属螺杆泵漏失量主要受泵本身结构参数和泵送流体密度的影响,其中间隙高度为影响漏失的主要因素。     

全金属螺杆泵漏失机理

传统的橡胶螺杆泵采用过盈方式啮合,当压力小于泵的击穿压力之前,泵内没有漏失现象。全金属螺杆泵定转子都是金属材质,且定转子之间采用间隙配合的啮合方式,故即使在泵正常工作时,漏失也客观存在。研究全金属螺杆泵的漏失规律,为研究整个螺杆泵工作特性奠定基础。在同心环缝隙流动基础上充分考虑流体惯性力引起的压降漏失,研究全金属螺杆泵漏失计算通式,在对模型进行验证的基础上,分析漏失模型的影响因素。结果表明:全金属螺杆泵的漏失主要受泵本身结构参数和泵送流体密度的影响,其中间隙高度为影响漏失的主要因素。     

螺杆泵转子三维运动仿真分析及型线优化设计

利用三维有限元模型计算螺杆泵在过盈条件下的转子运动轨迹,分析在液压条件下液压力对定、转子相互作用的影响,得到液压条件下转子的运动规律,解释螺杆泵在运行过程中转子运动轨迹发生变化的机制。以改善螺杆泵的运行特性、降低扭矩为目的,提出同时改变螺杆泵转子节圆直径与偏心距的型线优化设计方法。结果表明,新方法能够较好地修正螺杆泵转子在定子内部的运动轨迹,提高螺杆泵的举升特性,延长螺杆泵的使用寿命。     

基于摩擦和温度修正的Ti-6Al-4V钛合金热变形本构模型建立

Ti-6Al-4V是民航客机应用最广泛的中高强度钛合金, 在锻造领域, 数值模拟准确性依赖于高准确度的材料模型. 本工作基于热压缩模拟方法, 在不同变形温度（750、800、850、900和950 ℃）和应变速率（0.001、0.01、0.1、1和5 /s）下, 针对变形量为60%的Ti-6Al-4V合金, 考虑鼓度因素影响, 对真实应力-真实应变曲线进行了摩擦和温度修正, 并进一步构建了该工况条件下的本构模型. 对比实验结果, 修正后的流变应力值低于实际测量值, 且随着应变量和应变速率的提高、变形温度的降低, 二者之间的差值也逐渐增大. 本工作分别建立了Ti-6Al-4V双曲正弦式以及用Z参数表达的材料本构模型. 真实应力应变曲线的摩擦和温度修正对提高材料模型的准确性具有指导意义, 同时对提高数值模拟精度具有参考价值.     

基于气体释放模型的气液两相流数值模拟

为了解决长距离管道过渡过程计算时,传统的计算模型不够精确,一般气液两相流模型计算过程复杂并且计算量大的问题,充分考虑介质中自由气体对流体瞬变过程的影响,通过建立气体释放模型,利用规定时间间隔的特征线法求解气液两相瞬变流,并与传统的单相瞬变流模型的计算结果进行比较。结果表明,气体释放模型与实验曲线更符合,能更真实地反映系统的水力特性。     

分数阶在磁流变液性能研究中的应用

将分数阶微积分引入Maxwell粘弹性流体的本构方程中,建立修正的Maxwell模型以描述磁流变液.通过贮能模量和耗能模量曲线,研究磁流变液的阻尼特性.在不同的磁流变液体组成参数实验条件下,理论的贮能模量和耗能模量能够与实验结果很好拟合,且模型阶数有着明显变化.研究表明,分数阶的本构方程能够很好地描述磁流变液的阻尼特性,方程分数阶算子与磁流变液物质参数有关.     

润滑剂的黏弹性与动压力对圆柱滚子轴承打滑的影响

为了建立准确的圆柱滚子轴承动力学模型,研究润滑剂的不同流变模型以及流体动压力对轴承的动态特性的影响,并将模型的数值结果与已有的实验结果进行比较。研究结果表明:当相对滑动速度较大时,基于牛顿流体的摩擦力计算结果较实际值大,基于非线性流变模型的数值结果与实验结果更吻合;不同的流变模型和流体动压力计算方法对滚子与滚道的相对滑动速度影响较大,采用B-W模型和HOUPERT流体动压力更能真实反映轴承的动态特性。     

多级泵内部流动分析及其性能预测

基于三维雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型,采取压力-速度隐式修正SIMPLEC算法,应用FLUENT软件中提供的多重参考系(MRF)模型,对多级泵内部湍流流场进行数值模拟,分析流场的分布规律,并预测不同工况下的外特性。结果表明:多级泵内部流场表现为非对称性;在首级叶轮进口叶片背面稍后处压力最低,易发生汽蚀;叶轮与导叶衔接区域易发生逆流现象且存在局部低压区;导叶能够很好地降低流体速度并消除流体旋转分量;预测的性能曲线与实际性能曲线较为吻合。     

超临界射流模型的构建及验证

利用计算流体动力学(CFD)软件的OpenFOAM开源程序,基于Soave-Redlich-Kwong(SRK)真实流体状态方程和压力隐式分割算法(PISO),考虑气体可压缩性对压力方程的影响,对等温压缩系数进行修正,建立适用于超临界射流的CFD模型,并采用激波管模拟实验和氮气的超临界射流实验对模型进行验证.结果表明:修正后的模型具有较高的预测精度,能够模拟实验结果.     

热采高温井全金属螺杆泵举升技术

为克服传统橡胶定子螺杆泵应用于热采高温井的局限性,全金属螺杆泵举升技术应运而生。为深入认识这一新型举升技术,基于间隙配合方式的基本结构分析了全金属螺杆泵的工作原理及技术特点,开展了全金属螺杆泵工作特性室内实验研究。实验结果表明,全金属螺杆泵具有较好的抽稠能力、高转速适应性及高扬程举升能力。该泵更适用于但不仅限于较高粘度介质的举升情况,低粘介质举升过程中可将合理提高转速作为保证举升能力的有效途径,热采高温井实际生产过程中需根据油井生产动态进行转速的实时调整。全金属螺杆泵举升技术满足注采一体化配套工艺要求,现场应用效果显著,具有广阔的发展前景。     

游梁式抽油机悬点负载耦合动力学建模

建立了描述游梁式抽油机悬点负载动态特性的耦合动力学模型.采用多自由度的弹簧-质量-阻尼器机械动力学系统描述抽油杆柱振动特性.综合考虑有杆泵抽汲过程中泵腔内气体可压缩性、泵腔压力变化、泵阀局部阻力等因素的影响,建立了泵腔压力、进泵流体流量、泵腔内液体体积与柱塞运动之间相互关系的数学模型,得到一组描述有杆泵动态抽汲过程的新模型,确定了求解抽油杆柱振动模型的井下边界条件.采用时步有限元方法对所建杆-泵耦合动力学模型进行仿真计算.油田现场应用表明,所建模型具有较高精度,可用于抽油井负荷、泵效、扭矩和平衡度等工况参数预测及故障诊断.     

全金属单螺杆油泵工作性能的全参数分析

针对全金属单螺杆泵运行参数和结构参数对其工作性能影响不明确的问题,开展了全金属单螺杆泵运行参数和结构参数对泵工作性能影响的研究,研究中采用了基于FLUENT的全金属单螺杆油泵3D数值分析技术,获得了黏度、转速和级增压值对泵的排量、功率、容积效率和系统效率的影响以及定转子间隙、偏心距和定子导程对泵的排量、功率、容积效率和漏失量的影响,并进一步得出了该结构在稠油热采时宜采用较高转速而稠油冷采时宜采用低转速的结论,此外,得出稠油热采时定转子间隙值宜取0.1~0.3 mm、偏心距宜取5.0~6.0 mm、定子导程宜取170~200 mm;稠油冷采时定转子间隙值宜取0.3~0.5 mm、偏心距宜取4.0~5.0 mm、定子导程宜取110~150 mm。     

基于结构化网格的两级矿浆泵数值模拟分析

为了研究深海采矿两级矿浆泵泵内固液流体流动规律及工作性能,采用计算流体动力学软件CFD对两级矿浆泵泵内的固液两相湍流进行了数值模拟和性能预测.阐述了矿浆泵计算流道区域的拓扑块划分方法和结构化网格生成方法;采用RNGκ-ε湍流模型和多参考坐标系,进行全三维流场数值模拟,分析了矿浆泵内流场的压力分布、流速分布和湍动能分布,进而计算出不同颗粒属性的泵的特性曲线.研究表明,颗粒属性对矿浆泵工作性能有重要影响,在颗粒体积分数相同的条件下,泵的扬程和效率均随颗粒粒径的减小而增大.颗粒的体积分数适宜控制在5%~10%左右.     

蒸汽喷射制冷系统喷射器工作特性的实验研究

为确定喷射器的工作特性,评估数值模型计算精度,完善喷射泵抽气理论,构建了小型水蒸气喷射制冷实验系统.实验研究了水蒸气喷射泵性能与工作蒸汽压力、被抽蒸汽压力、背压的关系.实验结果表明,随着工作蒸汽压力的上升,被抽蒸汽流量和引射系数均呈先升高,达到最大值后下降的趋势.随着被抽蒸汽压力的升高,被抽蒸汽流量和喷射器引射系数均增加.在一定背压范围内,喷射器引射系数保持不变,当超过临界背压后,引射系数急剧下降.研究结果对于了解喷射泵抽气特性、改进喷射泵结构和性能优化有参考价值.     

超级电容式混合动力汽车驱动特性分析

本文是在建立实验模型的基础上,利用MATLAB仿真软件进行计算超级电容式混合动力汽车驱动特性数据,并从功率的角度在混合动力汽车实验台上测试获取的数据与计算数据相吻合。实验证明:在特定驾驶工况下获得的特性曲线,说明了影响混合动力驱动工况的各类因素,如车重等,同时表明了仿真软件计算出的特性曲线,为混合动力汽车各种工况下研究驱动特性提供依据。     

双配流盘径向柱塞泵定子内曲线特性分析

针对双配流盘径向柱塞泵的振动与冲击问题,建立了双配流盘径向柱塞泵7种定子曲线的数学模型.对幅角修正等加速运动规律和匀变加速运动规律的滚子中心运动方程进行了修正,通过Matlab仿真绘制了各自的周期角定子曲线.综合比较了不同定子内曲线下柱塞副的度速度、度加速度、压力角、瞬时扭矩和瞬时流量等特性,分析得出八次内曲线度速度、度加速度曲线变化连续光滑,压力角适中,瞬时扭矩、瞬时流量变化量都最小并且瞬时扭矩的最大值最小.     

基于平均比容人工神经网络辨识的绝热毛细管简化模型

采用分相集中参数的建模思路,提出将平均比容的权重因子作为两相区简化的特征参数,并获得该特参数的无量纲影响参数,采用人工神经网络方法建立特征参数与其影响参数之间的非线性映射,人工神经网络的学习样本采用工质Ｒ１２,检验样本包括Ｒ１２、Ｒ２２、Ｒ１３４ａ和Ｒ６００ａ等多种工质。     

基于赫巴模式的页岩气水平井岩屑床清除工具安放间距

岩屑床清除工具可有效地解决页岩气水平井岩屑沉积的问题,安放间距是岩屑床清除工具的重要设计参数,与钻井液性能相关。建立了基于赫巴模式的页岩气水平井岩屑床清除工具安放间距计算模型;对影响安放间距的参数（岩屑颗粒直径、稠度系数、流型指数、屈服值、钻井液密度、钻井液排量）进行了敏感性分析。结论表明：在满足井眼清洁的条件下应尽量增大安放间距;岩屑颗粒直径减小,钻井液稠度系数、流性指数、屈服值、密度和排量增加,有助于增大岩屑床清除工具安放间距。     

小波消噪用于钻井泵阀泄露故障诊断

讨论了钻井泥浆泵阀的失效机理,提出影响泵阀寿命的2个主要因素是阀的冲击造成的阀的疲劳点蚀和由泥浆液的刺蚀、犁沟造成的冲蚀磨损。针对钻井泵现场工况,采用声信号进行诊断,泵阀声信号的特征是信噪比低、冲击信号丰富、故障信息的时域特征明显和非平稳性。因此通过对声信号的小波降噪处理,突出了泵阀失效的故障特征,Fourier分析很难达到这样的效果,说明小波分析对这类信号的消噪有着Fourier分析不可比拟的优点,同时通过消噪也为进一步诊断中特征量的提取奠定了基础。