新一代螺旋轴流式多相泵的外特性试验研究及数值模拟(英文)

以中国石油大学(北京)自主研发的新一代螺旋轴流式多相泵为研究对象,在不同工况下对其进行外特性试验研究.实验表明新一代螺旋轴流式多相泵能够输送很大范围的单相或多相流体.并且测定了转速、进口含气率、吸入压力等主要操作参数对多相泵性能的影响.通过实验发现多相泵的性能随着转数和进口吸入压力的提高得到明显改善,增压有所提高,高效区变宽,最优工况对应的流量增大.当含气率升高时,多相泵内两相流体产生速度滑移,泵内流型发生转变,导致多相泵振动、性能不稳定,多相泵的增压能力降低.另外多相泵入口处的均混器能够改善多相泵入口来流的条件,扩大多相泵的操作范围,对多相泵的性能影响很大.为了更好地了解多相泵内流场情况,建立了多相泵CFD数学模型.运用Fluent6.2进行数值模拟.通过求解雷诺时均N-S方程,并应用标准k-ε湍流模型来模拟泵内流动特性.首先用收敛的模拟结果与实验结果进行对比,将模型进一步修正,然后进行其他工况下的模拟.修正后的模型以及本文模拟的结果很好的反映了多相泵内流体流动的特点,同时利用该模型还可以进行各种工况下的性能预测以及多相泵的叶片翼型的优化.为今后新泵的设计提供了一种经济实用的方法.

油气混输多相泵的密封技术研究

多相混输技术使未经处理的多相井流或其它多相流体能够在无需分离的前提下实现长距离输送,这对边际油田、卫星油田以及深水油田的开发有着重要意义。采用多相混输技术不仅能够节约基建投资,而且还能增加油田产量、延长老油田的寿命,为油气田的开发另辟了一条经济实用的途径。多相泵作为多相混输技术的核心设备之一,其工作条件十分恶劣。输送气液两相流体的增压设备本身对密封就有特殊要求,而多相泵不仅要输送气液混合物,还要承受断塞流工况所产生的交变的冲击载荷,更容易导致密封失效、密封液泄漏增加,这就给多相泵的机械密封提出了更苛严要求。本文针对多相泵的常见工况及在多相密封中遇到的问题,探讨目前多相泵常用的机械密封的技术要求、材料选择、密封机理、典型密封装置及应用效果,为今后多相泵机械密封的设计提供参考。

新一代螺旋轴流式多相泵的外特性试验研究

多相混输技术使得未经处理的多相井流或其它多相流体能够在无需分离的前提下实现长距离输送。作为多相混输核心技术之一,螺旋轴流式多相泵与其它多相泵相比具有独特优势,诸如排量大,结构简单、紧凑,对固体颗粒不敏感等。在创建新试验台的基础上,本文以中国石油大学(北京)自主研发的新一代螺旋轴流式多相泵为研究对象,在不同工况下对其进行外特性试验研究。叙述了新一代螺旋轴流式多相泵试验样机的基本特征及新试验台架的基本特点,通过试验测定了多相泵的运行稳定性及多相混输性能。实验表明,新一代螺旋轴流式多相泵能够输送单相或多相流体,并且测定了转速、进口含气率、吸入压力等参数对多相泵性能的影响。多相泵的性能随着转数和进口吸入压力的提高得到明显改善:增压提高,高效区变宽,最优工况对应的流量增大。当含气率升高时,多相泵内两相流体产生速度滑移,泵内流型发生转变,导致多相泵振动、性能不稳定,多相泵的增压能力降低。通过和前几代多相泵进行对比,总结了本多相泵性能的特征,为今后多相泵的设计提供了依据。试验研究发现入口气液混合程度的好坏对泵的外特性及工作稳定性有很大影响,文章最后讨论了在多相泵入口设置均混器的必要性以及试验所用均混器的基本特征。

静电分离器中电场和电流体特性试验研究

利用静电分离技术从空气中分离平均直径为2μm的油滴,对小尺度的线—板式静电分离器的电晕放电特性和流型特征进行试验研究,放电电极接高压电源正极。测试在不同的气体流速、油滴浓度条件下分离器的伏安特性曲线。利用高速摄像机对其中的电流体流型特征进行可视化研究,试验测定进口流速为0.2 m/s、0.3 m/s、0.4 m/s,施加电压从0～16 kV条件下电流体流型的变化,得到在不同的施加电压和气体流速下的流型分布图。试验表明,进口流速对分离器的电场影响并不明显,而油滴浓度对电场有很大的影响,在相同的施加电压下电流密度随着油滴浓度的增大而降低。电流体流型的变化取决于进口流速和施加电压的相互作用。得到在不同的描述惯性力和电场力关系的量纲一参数雷诺数和电流体数下5种代表的电流体流型。

静电分离器中电流体流场可视化研究

采用粒子成像测速技术（PIV）对线一板式静电分离器中微米级别油滴（2肛m）的流动特征进行可视化研究，得到在充分发展的层流条件下（进口气流流速0．16m／s）电流体随施加电压变化的典型流型及速度分布。结果表明：电流体流型和速度的分布随着施加电压的改变而变化；在外加电压低于起晕电压（小于8kV）时，流场没有明显变化；随着电压的升高（8—12kV），放电电极附近及分离器的下游油滴在静电力的作用下以喷嘴的形式向两个收集电极移动．径向运移速度和放电电极上游轴向速度随电压升高而升高；当施加电压大于12kv时，在放电电极上游电流体二次流以两个对称的反向旋转涡的形式出现，涡的大小随着电压的升高而增大，径向运移速度最高可达0．4m／s，同时在静电分离器下游出现回流，二次流和回流的出现阻碍了流体沿轴向运移；分离效率随着施加电压的增大而增加。

新型顶驱下套管装置传动缸优化设计

利用Ansys Workbench软件对新型顶驱下套管装置的传动缸进行了拓扑优化和尺寸优化设计。基于变密度法和中心复合设计法,分别建立拓扑优化设计和尺寸优化设计数学模型,并给出了拓扑优化和尺寸优化流程。按照建立的数学模型和设计流程对顶驱下套管装置传动缸进行结构优化,得到其最优尺寸组合。分析结果表明,优化后的传动缸在满足应力要求的条件下质量减轻了20%,节省了制造材料。

莫西沙星注射液治疗慢性支气管炎急性发作的疗效观察

目的评价莫西沙星注射液对慢性支气管炎急性发作(AECB)的临床疗效和安全性。方法采用随机、开放、对照的试验方法,对48例AECB患者随机分为治疗组(莫西沙星)和对照组(左氧氟沙星),分别给予莫西沙星注射液和左氧氟沙星注射液进行治疗。结果治疗组的临床有效率为100.0%,对照组为41.7%,经统计学检验,两组间的临床有效率差异存在统计学意义(P<0.05),治疗组优于对照组。不良反应的发生率低,大多为轻度一过性,停药后症状可缓解,无严重不良反应事件发生。结论莫西沙星注射液治疗AECB的临床疗效确切,不良反应发生率低,使用方便,是治疗AECB的有效药物。

螺旋轴流式多相泵试验及相似性能研究

对研制的多相泵样机做了相似设计,并对相似设计结果进行优化,以便开发出拥有更高性能参数的新一代螺旋轴流式多相泵。对第3代叶片式多相泵在转速3900、4200、4500r/min下做了现场试验,对试验结果进行了讨论,验证第3代多相泵在纯水和气液混输工况下的相似性能。结果认为,在设计转速周围,不同转速下纯水工况无量纲化扬程系数-流量系数曲线基本重合,多相泵基本满足相似设计;在多相混输工况下,含气体积分数从0～90%变化过程中,不同转速下扬程系数-流量系数曲线基本重合,第3代螺旋轴流式多相泵在气液混输工况下满足相似性能。

提高孔盘式水力测功器吸收功率的方法研究

为了探究提高孔盘式水力测功器机组吸收功率的方法,利用数值计算的方法,对现有孔盘式水力测功器在不同盘片孔型条件下腔室内的流动过程进行了分析,得到了水力测功器内部的流场和温度场,并对比了主要转速工况下的水力测功器进出口温差、流量、扭矩以及吸收功率等参数曲线的变化。计算结果表明:单纯改变盘片孔的形状对机组扭矩及吸收功率的影响较小,而改变孔周长则会产生较大变化。并且在转子旋转方向上延伸孔的周长,能够增大水力测功器腔室内的漩涡范围以及速度梯度较大的区域,进而提高机组的吸收功率,且延伸距离越大,吸收功率越高。

幂律流体偏心环空流动中钻井液粘附系数研究

为了研究偏心环空中钻井液的粘附系数,建立了幂律流体偏心环空理论模型,用有限元软件Fluent对所建模型进行了模拟计算,分析了在环空紊流模型下钻井液粘附系数与套管运动速度及偏心距之间的关系,并对比分析了钻井液粘附系数和波动压力随偏心距的变化趋势。模拟中紊流计算采用κ-ε模型,假设幂律流体做稳定不可压缩流动。分析结果表明,当偏心距从0增大到完全偏心时,钻井液粘附系数减小值大于52%,受套管运动速度的影响较小,可以忽略;钻井液粘附系数和波动压力随偏心距具有相同的变化趋势,随着偏心距的增大,环空中波动压力逐渐减小,且从同心环空到完全偏心波动压力减小了74%。

绕流柱体问题的量纲归一化模拟方法

在对流换热数值模拟中,采用量纲归一化有利于简化模拟设置、提高计算效率和增强计算结果的适用性。因此,针对无外力影响情况下的稳态对流换热问题,采用量纲归一化因子,推导出包括守恒方程、湍流模型和气体状态方程在内的量纲归一化控制方程。以空气绕流热圆柱体问题为例,利用上述方程分别对层流和湍流工况进行模拟计算,并与标准控制方程的模拟结果作比较。结果表明:在层流和湍流工况下,两种方法的模拟计算结果一致,相对误差在10-4以内。本文提出的量纲归一化模拟方法可用于简化对流换热问题的数值模拟,并有助于分析各参数对模拟结果的影响。

幂律流体偏心环空流动中的波动压力修正模型

在石油钻井过程中,井眼环空中的流动多为幂律流体偏心环空流动。Burkhardt公式仅适用于同心环空流动,用来计算偏心环空流动中的波动压力时存在较大误差。通过CFD数值计算,分析了环空比和偏心度对幂律流体偏心环空中波动压力的影响。结果表明:在大环空比的情况下,波动压力随偏心度增大而减小;在小环空比时波动压力随着偏心度增大而出现先增大后减小的趋势。建立了Burkhardt公式中的常系数和泥浆粘附系数与环空比和偏心度之间的函数关系,从而扩展了Burkhardt公式的适用范围,使之可以计算幂律流体偏心环空紊流流动的波动压力。将扩展型Burkhardt公式的计算结果与文献中的数据进行了对比,误差<9%。

螺旋轴流式多相泵多级可压缩模拟研究

基于漂移模型的基本理论,考虑多相输送泵中气体的可压缩性,建立了多相泵三维、多级可压缩数值计算模型,对在气相可压缩下螺旋轴流式多相泵内流场进行探索性研究,着重研究多相泵的增压随着压缩单元级数的变化规律。对试验样机的研究表明,对比多级可压缩模型和不可压缩模型预测的增压发现,当含气体积分数超过30%时,两者误差超过16.45%,多相泵的增压随着级数不再呈线性增加,而是呈二次函数关系。模拟结果与试验结果平均误差在10%以内,验证了可压缩模拟方法的可靠性。

水下采油树节流阀中天然气水合物生成分析

采用数值模拟的方法,结合天然气水合物生成的温度-压力曲线,对水下采油树系统中套筒式节流阀内的天然气水合物生成情况进行分析。将节流阀内实际压力与天然气水合物生成的临界压力的最大差值定义为最大等效压力,在此基础上,研究了进口温度、出口压力及相对开度对最大等效压力的影响,并提出了一种新的天然气水合物预测方法——最大等效压力法。根据此方法,得到了在特定进口温度和出口压力条件下的水合物生成的临界相对开度区间。相对开度在此区间内,节流阀内不会生成水合物;在此区间外则有水合物生成。研究结果对天然气生产及输送过程中的流动保障具有重要意义。

空调安装位置与送风角对室内换热影响的数值模拟研究

利用数值模拟的方法分析了空调机不同安装位置和不同送风角度对室内空气流动和换热的影响。模拟结果表明,为了能够高效地对整个房屋进行降温,需要将空调机安装在与卧室门相对的墙壁上;在安装位置一定时,在一定的范围(30°~60°)内,空调机的送风角度越小,越有利于房屋的对流换热,从而达到更好的降温效果。

缓冲均化器的性能试验研究

多相泵在输送气液混合物时,有可能运行不平稳、产生断流或机械故障。安装在混输系统中的缓冲均化器能够有效地防止极端工况对多相泵造成的冲击,在混输系统中起着关键作用。通过试验研究考察了缓冲均化器对多相泵混输性能的影响以及在不同工况下对多相流体的缓冲性能。试验结果表明,配置缓冲均化器后,多相泵的增压得到明显改善,并且多相泵的工作范围拓宽。均化器在高含气条件下始终能够维持5 cm左右的持液高度,避免了多相泵干转,对极端工况起到了很好的缓冲作用,使得多相泵在极端工况下的工作时间延长了3倍。

导流板对旋风分离器内非轴对称流动的影响

采用雷诺应力模型(Reynolds Stress Model,RSM)对环形空间设有导流板的旋风分离器内的气相流场进行模拟研究,分别考察了导流板径向、周向位置和导流板半径、数目对旋风分离器内气相流动的影响。结果表明:导流板半径和导流板数目对气相流动的影响最大;导流板数目为2时,可有效抑制非轴对称流动,但导流板数目进一步增多会使流场的轴对称性变差;导流板半径越大,流场的轴对称性越好;外旋流区的切向速度越大,越有利于提高分离器的性能。

螺旋轴流式多相泵的多功能混输试验台设计~

在原有试验台基础上,考虑瞬态工况、缓冲均化器(气液混合装置)性能测试等试验要求,从管路设计、试验仪表、控制系统、数据采集、可视化等试验研究角度,系统介绍了螺旋轴流式多相泵和用于与之配套的缓冲均化器(气液混合装置)性能测试的多功能试验台设计。该试验台实现了多相泵在稳态和多变工况下的性能测试,测试缓冲均化器对多相混输性能的影响及对多相流态的调节功能,为今后多相泵进一步完善设计和理论研究提供试验依据。

基于路径识别自循迹智能车的设计

本文设计并实现了一种基于K60微控制器以及OV7725摄像头的自循迹智能车控制系统,包含传感器、电源、电机驱动等模块电路和系统软件的设计;并提出了一种基于双边沿寻线提取赛道黑边的处理算法,进而根据处理结果计算偏差并经PID控制器控制舵机和电机,使行进中的智能车具有较好的转向功能以及加减速能力并实现了车体的自循迹运行.实验结果表明,该智能车系统具有较好的稳定性及动态性能.

基于互补滤波算法的多传感器平衡车系统设计

平衡车系统是一个不稳定系统且构成复杂,无论是加速度计还是陀螺仪在测量姿态角时都会存在扰动或噪声的干扰,所以一个传感器无法精确测量姿态信息.使用互补滤波算法将测量信息中的高频扰动和低频噪声去除,从而融合两个传感器的测量值,获得较精确的姿态角.再结合PD控制算法,可较好地输出控制曲线.多传感器和互补滤波结合的方法虽然在效率上不如其他高级算法,但其硬件构成简单,算法易实现,易于设计.