自循环处理机匣对S-CO2离心压缩机性能的影响

为研究某10 MW级超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide, S-CO₂)离心压缩机采用自循环处理机匣后其稳定工作裕度及压缩机性能的变化情况,采用数值模拟计算的方法对S-CO₂离心压缩机带实壁机匣和自循环处理机匣时分别进行定常数值计算。数值计算结果表明,采用自循环处理机匣时压缩机的稳定工作裕度比采用实壁机匣时稳定工作裕度增加了4%,同时压缩机的等熵效率和压比略微提高,且流道内非超临界区域明显减少。通过对压缩机性能和流场的比较,可得出采用自循环处理机匣,将压缩机喉部的低能流体回流至压缩机进口位置,改善了压缩机内部的流动状况,提高了压缩机的稳定性。     

跨音速压气机间隙流与处理机匣相互作用分析

基于对压气机转子顶部间隙泄漏流的深刻认识，针对某跨音速轴流压气机转子，设计了一种新型的处理机匣结构，并对带处理机匣的压气机转子内部流动进行了全三维非定常数值模拟，数值计算所获得的总性能（实壁）与试验结果符合较好．该种新型处理机匣结构的引入能在不降低压气机设计点效率的前提下有效地提高压气机的失速裕度．对处理机匣与顶部间隙泄漏流之间的相互作用机制进行了详细分析．结果表明：处理机匣结构能抑制间隙泄漏涡破裂现象的发生，并将间隙泄漏涡破裂后导致的阻塞区抽吸进入处理槽，从而有效地提高了跨音速压气机的失速裕度．     

跨声速轴流压气机转子Rotor37周向槽机匣处理的数值研究

以跨声速压气机转子Rotor37为研究对象,采用商业软件NUMECA数值研究了单槽处理机匣的轴向位置对于压气机性能及内部流场的影响。周向槽处理机匣的宽度为3 mm,深度为10倍叶尖间隙,即3.56 mm,起始位置分别位于轮缘机匣尖部型面的10%、20%、30%、40%、50%相对弦长处。数值计算结果表明:原始光壁压气机转子的失速原因为叶尖泄漏流动引发的低速区对于尖部叶片通道的堵塞,其稳定工作裕度为14.74%。采取的周向槽机匣处理能够改变转子叶尖流动堵塞状况。当机匣处理起始位置位于30%相对弦长时,压气机转子稳定工作裕度的提升量最大,相比原始压气机转子的稳定裕度提高了1.86%。     

带孔式机匣处理的某工业压缩机稳态与瞬态特性实验

将孔式机匣处理方式应用于某工业离心压缩机,并对其特性进行了一系列定常和非定常实验研究.在机匣处理孔的两端,叶顶37%弦长位置和无叶扩压器内布置了动态压力传感器,在压缩机的稳定和喘振工况点进行了动态压力测试.实验结果发现,相比于实壁机匣,采用机匣处理方式后压缩机的喘振裕度约增加了10%且整机效率基本无下降.以机匣孔两端脉动压力的变化量作为指标,用于评估机匣孔内的流动方向.在近喘振点,脉动压力突然增加,此时发生的是抽吸流动.在近堵塞点,脉动压力的突变意味着旁通流动的发生.对动压信号进行信号分析发现,该实壁机匣和处理机匣压缩机在喘振前发生的都是模态失速而非脉冲失速.相比于实壁机匣,引入处理机匣后模态先兆波由于叶顶和机匣孔的相互作用得到了延迟,其失速团传播速度略高于实壁机匣的传播速度.     

基于圆弧斜缝处理机匣的压气机叶顶泄漏流实验和数值研究

为研究处理机匣对压气机总体性能、叶顶流动非定常性以及旋转不稳定性的影响,基于圆弧斜缝处理机匣对一台单级低速轴流压气机叶顶泄漏流进行被动控制.通过实验对不同工况下的叶顶脉动压力进行频谱分析,并对比机匣处理前后压气机性能以及转子叶顶区域流场特性的变化.结果表明:圆弧斜缝处理机匣能够使压气机获得6.8%的失速裕度提升量,抑制旋转不稳定性现象对应的频谱上的宽频带凸起,推迟泄漏涡的起始位置,进而消除了跨越相邻叶片周向传播的流动现象.斜缝内形成的回流能够抽吸低速流体,减少流道堵塞,改善叶顶的通流能力.     

机匣处理缝开度对压气机扩稳的机理

为了探索不同开度的缝式机匣处理对压气机稳定裕度的影响,以跨声的Rotor 67为研究对象,通过非定常数值计算方法探索了设计转速下3种不同开度的机匣处理对该转子稳定性的作用。详细分析了各流量工况下不同机匣时通过转子叶顶间隙面的气流质量和动量、叶顶的流动结构、周向平均后的总压损失分布等。研究发现:随着缝开度的增加,机匣处理的扩稳能力增强;实壁机匣近失速工况下缝开度为80%的机匣处理使叶顶间隙泄漏流减小了33.3%,最大程度的削弱了转子前缘压力面侧的堵塞气流,使激波往下游移动距离最大,减少了间隙泄漏流与主流掺混造成的总压损失。     

组合机匣处理对跨音压气机流动特性的影响

针对当前单一流动控制技术在压气机优化方面存在影响范围不大、性能提升有限的不足,提出了一种轴向倾斜缝和抽吸槽相结合的组合机匣处理结构,采用定常数值模拟研究了两种流动控制技术的结合对跨音压气机流场特性及性能的影响。模拟结果表明:应用该组合机匣处理结构后,转子在峰值效率下降2.5%的前提下使失速裕度提高了5.52%,明显改善了转子的性能;组合机匣处理除了能同时改善叶顶和端壁的流动之外,两种结构的复合影响使激波强度降低、流体分离减弱,低速范围明显减小;尽管两种结构的相互作用能为低能流体提供能量,但射流与主流流动发生的掺混带来了一定的掺混损失,增加了主流的切向动量及二次流损失,引起转子效率降低。     

带叶顶间隙轴流转子三维流动的数值模拟

由于叶顶间隙的存在，使得叶片顶部的流动呈现复杂的三维流动。转子相对机匣的运动使得很难对其内部流场进行精确测量。文中采用CFX—Tascflow软件平台，对带叶顶间隙的轴流转子进行三维粘性流场的数值计算。数值计算的结果与实验测量的性能曲线较为吻合。基于数值计算，给出了叶顶泄漏流动的空阎三维结构，分析了叶顶泄漏流卷曲形成叶顶泄漏涡的过程，揭示了轴流转子叶顶泄漏流动基本特点，有助于改进和提高叶轮机械的设计水平。     

组合抽吸槽对跨声速压气机转子性能影响的数值研究

为探究附面层抽吸对跨声速压气机转子内部流动状态及气动性能的影响,利用数值方法对其进行模拟研究.针对压气机转子上端壁激波及泄漏涡等复杂流动结构带来的流动损失做附面层抽吸处理,抽吸流量为主流2%,抽吸位置在上机匣处.分别讨论3种不同抽吸方案,最终改型方案效率最高提升2.05%,压比最多提升3.34%.结果表明,在合适的机匣位置进行大流量抽吸,能够很好地改善跨声速压气机转子内部流动状态,提高转子气动性能.     

内能源转管机枪首发起动过程数值模拟

该文简要介绍了内能源转管机枪首发起动装置的工作原理和工作过程。根据气体动力学和机构动力学理论建立了首发起动过程的数学模型。通过数值模拟,该文探讨了首发起动结构参数和火药弹参数对气室压力、活塞速度和机心匣角速度的影响。计算表明,该文的模型可以较好地反映驱动活塞和机心匣的运动规律。     

水泥约束石油套管抗挤能力的计算方法

按水力外压考虑的石油套管抗挤能力计算方法，不符合实际情况，实际上套管承受着复杂载荷。本文对套管受非均匀载荷的变形问题进行了探讨，提出了水泥约束套管抗挤能力的计算方法，给出了计算套管变形的力学模型。实例计算表明。这种计算方法符合实际情况。     

蠕变地层套管外载计算的位移反分析法

套管外载计算是蠕变地层套管受力分析的难题，由于套管周围应力场比较复杂和地下环境多样，难以直接求解。根据弹性力学理论，建立了套管在地层蠕变引起的椭圆形非均匀外载下的力学模型，并应用逆解法对该力学模型进行求解，得到了在非均匀外载下套管的应力和位移计算式。基于套管内壁变形的实测资料，利用阻尼最小二乘法建立了套管外载反分析模型，提出了确定套管外载的反分析方法，讨论了反分析法的应用。实例分析表明，载荷反求值与真实值吻合较好，拟合精度较高，说明这种方法具有较好的实用价值。     

套管抗挤强度分析及计算

为提高套管挤毁压力预测精度,应用统计方法对213根套管全尺寸挤毁试验数据进行了方差分析,研究了外径不圆度、壁厚不均度、残余应力等因素对套管抗挤强度的影响。分析结果表明,径厚比、屈服强度是套管抗挤强度的主要因素,不圆度、壁厚不均度、残余应力等因素对套管抗挤强度的影响呈随机性分布。利用有限元方法对外径不圆度、壁厚不均度和残余应力的不同位置组合进行了模拟分析。结果表明,数值相同的外径不圆度、壁厚不均度及平均残余应力组合不同时,套管的挤毁压力相差很大。最后提出了一个套管抗挤强度计算公式,计算简单,精度可满足工程要求。     

油气井套管侧向屈曲分析与井下加强工具探讨

针对油气井套管挤毁的研究多局限于强度分析,忽视了套管侧向稳定性问题。除小直径或特厚壁的套管外,常用套管的失效形式应属于失稳损坏。基于外压作用下套管侧向屈曲机制,分别采用API标准和圆筒屈曲分析的方法,计算套管侧向屈曲的临界压力。另外,对减小套管计算长度的井下加强工具进行探讨和设计。结果表明:套管纵向长度对侧向屈曲的临界压力具有重要影响;若把套管的计算长度减小到某一范围,可有效地提高套管的抗失稳能力。结果为提高套管抗失稳能力提供了一种新途径,可作为完井后高挤毁风险套管的加强补救措施。     

关于套管柱三轴抗挤强度设计问题的讨论

重点讨论了我国套管柱强度设计方法新标准中存在的一个主要问题,即三轴抗挤强度设计中轴向应力计算问题。证明了正确做法应该是用压力面积法计算真实轴向力。文章还给出了真实轴向应力、有效轴向应力和虚应力三者之间内在联系的关系式,以及应用三轴应力强度理论进行抗挤设计的正确公式,对进一步解决套管柱强度设计问题提出了建议。     

基于含可信度地层压力剖面的精细井身结构设计方法

对现有深井井身结构设计中安全密度窗口约束条件进行分析,发现井涌允量、破裂压力安全系数、抽吸压力系数等经验性安全系数的取值较为保守,且没有考虑循环钻进时防漏的约束条件,这对深井尤其是下部安全密度窗口窄的井钻井不利。通过引入含可信度的地层压力剖面以及附加钻井液密度和抽吸压力的计算分析,使安全密度窗口的上下限得以精确确定,在此基础上加入考虑环空压耗当量密度的约束条件,并给出迭代计算方法,解决了环空压耗计算中需要井身结构参数的难题,避免了深井循环钻进过程中的井漏问题,进而形成了一套基于含可信度地层压力剖面的、适用于深井的精细井身结构设计方法,可以有效避免深井中由于钻井液密度设计不合理导致的井下复杂事故的发生,且其设计结果具备一定的风险控制功能,有利于结合现场实际对设计进行风险控制。     

含气抽油机井套管气释放时机的确定

以含气抽油机井生产系统为研究对象，在分析其工作状况的基础上，根据能量守恒原理，采用节点系统分析方法和多相管流的相关公式，建立了确定含气抽油机井套管气释放时机的计算模型，编制了相应的软件并进行了实例计算。结果表明，套管气释放时机可通过井口套管压力值与油井动液面深度的变化关系进行预测，这样就简化了目前现场释放套管气的工作程序，为及时、准确地释放套管气，保证油井正常、高效生产提供了技术方法     

计算膨胀管膨胀力的新方程

膨胀管技术的关键在于膨胀管的选材、螺纹联接以及膨胀机构;膨胀力是设计、验算膨胀工具强度的重要依据。在考虑钢材的性能,井眼中的管柱空间形状、膨胀工艺、膨胀芯头的锥角以及膨胀芯头与套管内壁的润滑状况等因素对膨胀力影响的基础上,结合管柱塑性性能和塑性变形理论,采用主应力法得出了计算膨胀力的解析方程,并进行了实验模拟。实验数据和理论计算结果吻合较好,证明该膨胀力计算公式是可靠的,可以应用到工程中解决实际问题。     

气井油套合采时井底流压的计算方法

气井井底流压是分析气井生产动态的重要参数之一,目前国内外很少报道油套合采时井底流压的计算方法。运用流体力学原理,将气井油套合采简化假设成并联管路流动,基于油管生产和油套环空生产时井底流压的计算公式,推导了油套合采时油管和油套环空的产量分配公式,通过分析公式中各项的权重,得出油管和油套环空产量分配的简化式,从而将油套合采时井底流压计算转化成油管生产或油套环空生产时井底流压的计算。计算表明,采用简化产量分配公式与精确产量分配公式所计算的井底流压,相对误差很小,说明建立的油套合采时井底流压的计算方法可靠,具有较强的实用性。     

水平井压井立压控制误差分析与井口套压预测

根据水平井压井的基本原理,考虑环空摩阻、流体流型影响下的计算误差,分析了水平井与直井压井控制立压变化的比较误差.以直井井控理论、多相流理论为基础,建立了水平井井控三相流理论模型,采用有限差分方法对模型进行了数值化求解.算例分析结果表明,在水平井立压控制过程中,如果按直井方式压井,不仅在初始立压点和终了立压点存在误差,而且在造斜点、稳斜点处也存在较大的误差,这将对水平井井控作业产生一定影响.在水平井压井过程中,直到溢流全部移出水平段时水平井的井口套压才开始逐渐增加;岩屑床的存在使水平段和造斜段的环空尺寸减小,对流体流速有一定影响,使井口套压比不考虑其存在的情况时偏高;水平井曲率半径、水平段长、水平段微小倾角、多个造斜率等因素对井口套压影响不大,而井眼尺寸、压井排量、溢流量等因素对井口套压影响较大.