钻井用水力振荡器阀组压降计算方法研究

水力振荡器通过螺杆旋转驱动阀组运动,使过流面积发生周期性变化,导致阀组两端压降产生相应变化,从而产生周期性的轴向力,实现水力振荡效果。为较为准确地得到水力振荡器阀组两端压降,根据阀组流道的结构,建立阀组流道有限元模型。运用滑移网格和Realizable k-ε湍流模型对不同尺寸的阀组组合进行流体仿真分析,并结合试验数据验证仿真模型和结果的正确性。仿真结果对水力振荡器的阀组的参数设计有重要的指导意义。     

TBM液压阀块流道压降特性研究

针对全断面硬岩掘进机(TBM)掘进过程中强振动对液压阀块内部流道的影响,建立了基础振动下U型、Z型、V型3种典型流道的流场仿真模型,并通过实验验证了仿真模型的正确性.仿真分析了振动方向和强度对典型流道压降特性的影响规律.研究发现:基础振动下液压阀块流道的压降随时间做周期性波动,压降的波动幅值和平均值随着振动强度的增大而增大;在阀块内布置流道时,U型流道应避免Y方向的振动,Z型流道应避免X方向的振动,V型流道应避免Z方向的振动.研究结果能为基础振动下液压阀块结构的设计提供理论依据.     

基于FLUENT的特殊阀腔的纯水液压滑阀流道的建模与仿真

介绍一种纯水滑阀结构,并通过流体仿真软件fluent对纯水滑阀流道进行可视化分析,并得到阀腔流场数值仿真结果。根据仿真结果存在的问题提出了改进方案,通过对改进方案的仿真结果和未改进前仿真结果的对比,可以得出改进方案在减少液动力和有效减少汽蚀等性能优于前者。     

改进型径向流磁流变阀压降特性研究

在常规型径向流磁流变阀基础上设置导磁零件和不导磁零件,引导磁力线垂直通过未被利用的轴向液流通道,在未改变阀整体外形尺寸和液流通道总长度下,使常规型径向流磁流变阀同时具备有效径向和轴向阻尼间隙,得到一种改进型径向流磁流变阀.采用有限元法（FEM）仿真模拟以观察零件设置对磁流变阀的磁通量分布和压降变化的影响,并结合推导的磁流变阀压降数学模型评估磁流变阀性能.为了验证仿真结果,组建了磁流变阀压降性能测试平台,加工了同样结构尺寸参数的改进型和常规型径向流磁流变阀,并进行实验对比分析.实验数据表明:同样结构参数和磁场参数下,电流为1.8 A时,常规型径向流磁流变阀压降为3 MPa,而改进型径向流磁流变阀压降可达4 MPa,压降有效增加了33%,从而使磁流变阀应用范围进一步得到拓宽.      

锥阀流场的数值模拟与结构优化

运用PHOENICS流体计算软件,建立了锥阀的物理结构和参数的计算几何模型。采用了结构化正交局部加密网格,应用了k-ε湍流计算模型,对外流式锥阀的内部流场进行了模拟仿真,给出了优化方案。并对其进行了CFD验证,研究了流量变化、开启度变化对锥阀流场特性的影响。研究结果对于分析锥阀的性能、进行流道的结构优化和实际工程应用都具有一定的指导作用。     

自振阀式低压脉冲射流调制器振动特性仿真研究

基于脉动低压波克服井底压差提高钻速的机理,并根据自振阀式低压脉冲射流调制器的工作原理,利用Matlab环境下的Simulink系统建立了调制器液压振动力学的计算机仿真模型,对调制器的阀系运动进行了运动仿真.结果显示,调制器上阀和下阀协调振动具有可行性,调制器振动频率随钻头压降的增大线性增加,随钻井液流量、下阀质量、上阀行程的增加而减小.     

内流式锥阀流场的数值模拟与结构优化

运用PHOENICS流体计算软件,建立了锥阀的物理结构和参数的计算几何模型.采用了结构化正交局部加密网格.应用了k-ε湍流计算模型,对内流式锥阀的内部流场进行了模拟仿真.提出了优化方案,并对其进行了CFD验证,研究了流量变化、开启度变化对锥阀流场特性的影响.研究结果对于分析锥阀的性能、进行流道的结构优化和实际工程应用都...     

车用驱动电机冷却系统仿真研究

针对车用驱动电机在提高功率密度过程中的冷却问题,以某型号水冷永磁同步电机为研究对象,建立三维流固耦合传热数值仿真模型,采用有限体积法对电机温度场和水道流场进行求解,并用试验数据对计算结果进行验证。在此基础上,计算不同冷却介质入口温度和流量、介质类型、冷却流道截面形状和圈数下电机内部的流动传热情况,以电机温度场、流道压降等参数作为评价指标对不同条件下的冷却性能进行评价分析。研究结果表明:随着冷却介质入口温度的降低或入口流量的增大,电机各部件的温度显著下降,但增大流量会使泵功指数增加;分别以冷却油、乙二醇水溶液、水作为冷却介质时,相同流量下的散热功率依次增大,而压降则依次降低;机壳上的螺旋形流道圈数越多,散热功率和压降均越大;保持流道截面积不变,改变截面形状对电机温度影响较小,但对压降有较大影响,其影响与换热面积相关。     

高差压调节阀中未充展两相流阻力计算

迷宫式高差压调节阀为降低阀内的流体流速，采用“反向双弯头”组成“曲折流道，多级降压，迷宫密封”的阀芯结构。其流道复杂，工作介质为高温、高压下的未充展的汽水两相流，阻力计算较为困难。该文作者发展了“等（变）差压渐进设计法”，即将复杂流道分解为一系列的阻力环节，选择现有充展两相流理想均匀流阻力计算模型并适当修正，计算每个阻力环节的阻力，从而得出总压降； 随阀杆一步一步前进，根据要求的流量开度特性计算出复杂流道结构尺寸。对复杂流道中未充展的两相流阻力计算进行了有益的尝试。实验结果表明，理论计算值和实际测量值基本相符。     

水力振荡器流道口形状对阀前后脉冲压力幅值影响规律研究

水力振荡器流道口过流面积的周期性改变可以产生周期性压力脉冲周期性压力脉冲传到振荡短节,在蝶形弹簧的作用下,使振荡短节外壳产生周期性的轴向振动,从而使钻柱与井壁的静摩擦变为动摩擦,有效降低了摩阻,提高了钻压传递效率和钻进速度。水力振荡器的振荡效果很大程度上取决于轴向冲击力的大小和变化频率,即取决于流道口过流面积的变化规律。而在相同条件下不同形状的流道口过流面积的变化规律不同。为了获得更高效的水力振荡器,在一种涡轮式水力振荡器的研究基础上,分别采用矩形流道口、菱形流道口和圆形流道口进行流道口形状优化设计。通过对数值仿真得到的数据进行対比分析,发现菱形流道口的降摩减阻的效果优于另外两种流道口。     

自振阀式低压脉冲射流调制器振动特性仿真研究

基于脉动低压波克服井底压差提高钻速的机理，并根据自振阀式低压脉冲射流调制器的工作原理，利用Matlab环境下的Simulink系统建立了调制器液压振动力学的计算机仿真模型，对调制器的阀系运动进行了运动仿真。结果显示，调制器上阀和下阀协调振动具有可行性，调制器振动频率随钻头压降的增大线性增加，随钻井液流量、下阀质量、上阀行程的增加而减小。     

复杂结构流道汽—液两相凝结流动压降

以复杂变截面流道为压降元件,研究了汽-液两相凝结流动的压降规律、两相流摩擦压降的L-M模型的扩展问题、均相流动模型和分相流动模型的适用性问题。获得了用混合平均雷诺数表达与两相凝结流压降的关系、L-M模型可用于非绝热的两相等温流等结论,为复杂流道中汽—液两相凝结流阻力的分析及压降计算奠定了基础。     

锥型节流阀压力特性仿真与试验

以液压锥型节流阀为对象,研究了阀体流道的压力分布;选取45°三角形、矩形和U形节流槽三种阀芯建立了仿真模型;基于ADINA软件的流固耦合模块对三种阀芯情况下阀体内流道的压力分布和流场情况进行了仿真研究,并搭建试验台对仿真结果进行了试验验证.研究表明:节流阀的内流道压力在经过阀口后迅速降低,并在阀口的边缘位置有内流道中的最小值;节流阀竖直流道内的压力较低,是气穴现象的高发区;从压力和气穴的角度分析得出45°三角形阀芯的节流阀性能最优,矩形较差,U形阀芯的最差.     

涡轮式水力振荡器结构参数优化及流体仿真

大位移长水平井开发的后期,存在着大摩阻的问题,严重制约钻具向更远目标的快速钻进,在世界范围内引起了广泛关注.水力振荡器是油井开发后期降摩减阻的重要工具.针对该问题提出了一种涡轮式水力振荡器.该水力振荡器通过静阀与转阀流道口之间的相位变化将钻井液的动能转化为周期性脉冲压力,有效地解决了钻井过程中出现的托压和自锁问题.分别...     

工业循环冷却水系统关阀水锤瞬态分析

文章针对工业循环冷却水系统中的关阀水锤问题，利用一维流体分析软件Flowmaster，结合工程实例，建立循环冷却水系统模型，进行瞬态分析，得出系统在不同关阀方案下的水力仿真结果，通过对结果的分析比较，得到较为合理的关阀方案，为系统的安全运行提供了依据。     

液流旋启式止回阀阀内流场数值模拟

为了研究液流旋启式止回阀在工程实际中的动态特性以及产生的振动、噪声及阀瓣运动特性,采用了计算流体力学方法建立阀瓣运动模型和三维几何模型,对其在开启、稳定、关闭阶段的阀瓣运动特性与流场变化情况进行仿真计算,通过可视化研究,获得阀内流场的速度矢量图、压力云图以及阀瓣的运动曲线。数值模拟结果表明:由于液流旋启式止回阀自身结构问题,阀瓣旋起造成径向上受力不平衡,开启时流速较大区域位于阀瓣四周缝隙处,最大流速随着进口压力的线性递增不断增加并以射流的形式往出口喷出,伴有振动和噪声;稳定工作时,阀瓣旋启,阀门处于完全开启状态,流道畅通,最大压力分布区域位于止回阀底部;关闭时进口端压力减小,阀瓣自重导致阀门关闭,阀门出口处产生涡流,造成涡动与水击。模拟研究结果可为液流旋启式止回阀的结构参数设计和优化提供参考。     

多级能量回收透平水力模型方案的开发

通过对九级能量回收水力透平的全流道三维定常湍流计算,确定能量回收水力透平水力模型的设计方案.计算以连续性方程、雷诺时均N-S方程作为其控制方程,采用标准κ-ε双方程湍流模型使方程组封闭.流速、压力的求解采用SIMPLE算法实现,离散采用具有二阶精度的隐式格式差分.计算结果详细地显示出透平内全流道的流速和压力分布,验证了...     

基于CFD的电液控制主阀阀芯所受作用力分析

针对矿用电液控制主阀阀芯所受的作用力,运用三维建模软件PROE对其流道建立了模型,并通过数值模拟软件Fluent在不同的边界条件下对阀道内流场做了仿真,得出了相应边界条件下阀芯所受的总作用力,并将仿真值与理论计算值进行比较,通过两种方法的比较,明确阀芯所受作用力的变化规律,为进一步了解主阀阀芯的受力特性提供参考。     

钻井液连续波信号发生器转阀水力转矩分析

转子运动过程中在转子背面产生的回流以及随转子的转动而不断变化的入口速度角导致了转阀的水力转矩变化较大,影响了转阀的动态性能.利用动量矩定理建立转阀水力转矩的理论模型,然后利用CFD方法,针对所设计的实验样机进行三维流场仿真,对转阀水力转矩的几种影响因素进行仿真分析.研究结果表明:在转阀关闭的起始阶段,水力转矩使转阀趋于打开,其余阶段,水力转矩使转阀趋于关闭;采用曲线阀VI可以使水力转矩变化平缓;适当增大定转子轴向间隙、增加转阀阀瓣个数、减小转子阀瓣厚度可以减小水力转矩,改善电机的控制性能.     

质子交换膜燃料电池阴极单相流压降模型及验证

燃料电池阴极单相流压降是进行阴极在线水管理的基准,已有研究缺少该压降的全工况模型。该文在156W单片燃料电池上发现了阴极压降随电流、过量系数变化的二次方关系,并给出影响压降的5个参数:电流、过量系数、电池温度、进气压强以及进气湿度。提出了包括这些参数在内的流量二次方模型。通过分析各工况下模型系数与实验数据的对应关系得出模型与实验数据之间偏差小于10%。该模型可应用于蛇形流道或平行流道的所有电池堆,对在线水故障诊断具有一定的参考价值。