大港页岩油高频脉冲处理参数优化研究

页岩油具有凝点高、含蜡量高、乳化程度高的特点,导致传统热化学脱水工艺对页岩油采出液处理效果欠佳,难以达到外输标准。高频脉冲原油处理技术可以高效脱水,但对页岩油采出液处理参数的优化研究较少,因此研究了高频脉冲原油处理技术对大港页岩油采出液的处理效果,并对处理参数进行了优化。结果表明,高频脉冲脱水技术可以实现页岩油采出液有效破乳,显著降低页岩油含水率。通过处理参数的优化发现,电场强度和电场频率的提高均有利于提高脱水效率,同时,存在脱水效果最好的电场处理时间、操作温度以及破乳剂质量分数参数;在电场强度为200 kV/m、电场频率为5 kHz、电场处理时间为60 min、操作温度为75℃、破乳剂质量分数为0.010%的条件下,页岩油脱水后含水率为0.48%,综合效益最好。研究结果为页岩油采出液处理参数优选提供了技术支撑。

立式自吸泵环形喷射孔比面积对其性能的影响

为了研究环形引流喷射对立式自吸泵性能的影响,以350WFB-1200-50型立式自吸泵为研究对象,采用RNG k-ε湍流模型和Zwart空化模型对不同环形喷射孔比面积下的立式自吸泵进行全流场数值计算.结果表明:环形引流喷射可明显提升叶轮进口压力,能有效改善泵的空化性能;引流流量会使叶轮进口处速度增大,导致泵的必需空化余量NPSHR增大,使泵的空化性能有所恶化;两者的共同作用下,泵的空化性能呈先变好后变差的趋势;随着环形喷射孔比面积k的增大,压水室出口处的泄漏量增大,导致泵的容积损失增大;泄漏流使压水室出口处产生较多旋涡,且射流对叶轮进口流线产生排挤,对主流造成较大影响,使泵的扬程和效率呈下降趋势;当环形喷射孔比面积k=0.25时,泵的汽蚀余量最小,相比于原模型,泵汽蚀余量减小了23%,扬程下降了2.1%,效率下降了2.5%.研究结果可为立式自吸泵优化设计提供一定参考.

叶片圆形切割对离心泵流动诱导噪声的影响

为研究叶片出口圆形切割对离心泵压力脉动及内场噪声的影响,通过固定圆形弦长以变换弦高的方法设计6种叶片切割方案,采用RNG k-ε湍流模型对各方案外特性和压力脉动进行流场数值计算,并基于Lighthill声类比理论和边界元法(BEM)对内声场进行数值计算,对原始模型额定工况的外特性和内声场也进行了试验验证。结果表明:叶轮叶片切割后的设计方案与原始方案相比,在轴频、叶频及倍叶频处压力脉动得到了明显地改善;当弦高与叶片出口宽度的比值为0.333时,设计工况的压力脉动幅值达到最低;当弦高与叶片出口宽度的比值为0.167时,进口声压级降低了3.5 dB,出口声压级降低了3.4 dB;随着圆形切割面积的不断增大,在设计工况各方案声压级呈现出先减小后增大再减小的规律;随着叶片出口圆形切割面积的增大,在0.6 Qv~1.4 Qv工况范围内扬程下降与其呈正相关特性,但对离心泵效率的影响较小。

不同口环密封结构对转子动力学特性的影响

为了研究不同形式密封结构对高速离心泵密封动力学特性的影响,通过数值计算的方法对环形密封、迷宫密封、轴向槽型密封3种不同形式的密封结构在相同边界条件下的泄漏量、刚度阻尼特性和密封内流特性等方面进行了研究。研究结果表明:迷宫密封的密封效果最好,环形密封次之,轴向槽型密封最差;轴向槽型密封的泄漏量比迷宫密封高出34%。然而,轴向槽型密封的主刚度系数和主阻尼系数较迷宫密封高出1倍以上,密封动力学特性最好;且轴向槽型密封可以减弱密封内部环流,减弱进口预旋速度。

环形槽位置对高速诱导轮空化性能的影响

为抑制由高速诱导轮叶顶间隙泄漏涡引起的空化,在高速诱导轮上游和下游设立能吸纳泄漏涡的结构(即环形槽),并设计了5种环形槽方案,通过试验及数值计算相结合的方法研究不同环形槽方案对空化的抑制机理.研究发现:空泡最先出现在诱导轮吸力面进口边与轮缘相交的位置,随着管道进口压力的不断降低,空泡会不断向诱导轮流道内发展,进而漫延至离心叶轮叶片背面;环形槽能有效抑制间隙泄漏涡空化、不对称涡空化和旋转涡空化现象的发生,并在几乎不影响离心泵扬程及效率的情况下,提高离心叶轮的入口压力和离心泵扬程,有效地改善其空化性能;但同时发现,当环形槽位于诱导轮下游即轴向距离L3=-10.0 mm和L4=-12.5 mm时,会干涉诱导轮流道内流体的流动状态,影响诱导轮做功和能量交换,即环形槽在与诱导轮匹配时,两者有最佳轴向位置,此时环形槽与诱导轮的轴向距离L1=2.5 mm.

核主泵空化流动对能量转换的影响

为研究核主泵内部空化流动对能量转换的影响,采用RNG k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型对设计工况下核主泵模型泵进行了全流场空化模拟,得到核主泵发生空化时叶轮内气泡分布规律.选取叶片吸力面的前盖板流线和后盖板流线,通过分析不同空化工况下这两条流线上的动扬程与静扬程变化规律,研究核主泵发生空化时,空化流动对叶轮内能量转换的影响.结果表明:核主泵内流体的能量主要由叶轮中后段提供,且从前盖板到后盖板,叶片做功能力逐渐减弱;空化干扰叶轮内流体流动,导致空化区域相对速度增大,压力减小,在气泡密集区域,叶片做功能力几乎为0;随着空化程度加剧,无空化区动扬程增大,静扬程减小,且静扬程减小幅度大于动扬程增大幅度,从而引起泵扬程和效率下降;随着空化程度加剧,动、静扬程突变程度加剧,增大了叶轮内的流动损失,进而导致泵扬程及效率进一步下降.

导叶出口边位置对井用潜水泵性能的影响

为研究空间导叶出口边位置对井用潜水泵性能的影响规律,该文针对250QJ125型5级井用潜水泵,在其他几何参数均给定的条件下,通过沿轴向改变原始导叶的出口边位置,使其既满足与旋转轴线垂直又与半径线重合,设计了6个模型方案。基于雷诺时均N-S方程和RNG k-ε模型,采用SIMPLE算法对6个模型方案进行全流道三维数值模拟,获得各方案的扬程与效率,发现导叶出口边位置沿轴向延伸30 mm时,为最佳改进方案,此时模型泵水力效率提升1.2%,扬程增加6.8 m。同时根据各方案在设计工况下外特性的计算结果,提取各方案第1~5级的叶轮数据,发现原方案与最佳改进方案相比,首级叶轮水力效率、扬程基本相同,原方案的其余次级叶轮效率、扬程与其首级相比差距较大,最佳方案的其余次级叶轮效率与首级叶轮基本持平,扬程下降1 m,但是相比于原方案的其余各级扬程,均大约提升了2.2 m。最后分析了各方案在导叶出口截面上的内流场,结果表明:导叶出口边位置沿轴向延伸可改变液流在导叶出口处的流态,使其呈分散旋转流动,分散旋涡的数量与导叶叶片数相同;当导叶出口边延伸至适当位置时,能够减小下级叶轮的入口环量及冲击损失,改善导叶与下级叶轮之间的匹配关系。

诱导轮进口轮毂比对离心泵空化性能的影响

以某型LNG电动超低温潜液泵作为模型泵,基于数值计算和试验,研究了诱导轮进口轮毂比对空化性能的影响规律.采用RNG k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型对模型泵进行全三维数值计算,试验验证了数值计算的准确性,并选取诱导轮进口轮毂比分别为0.260,0.274,0.289,0.303和0.318的5组离心泵设计方案,对比分析了诱导轮和叶轮内空化发展过程、静压分布规律及离心泵的空化特性曲线.结果表明:采用不同诱导轮进口轮毂比的离心泵,其诱导轮和叶轮流道内的空化发展过程基本一致,空化首先发生在诱导轮进口轮缘处的低压区;增大诱导轮进口轮毂比会提高诱导轮轮缘处液流的进口轴面速度,致使叶片进口冲角降低,在叶片吸力面产生脱流,并且低压分布区域的面积逐渐扩大,离心泵的空化性能下降.因此,在诱导轮的设计过程中,为了获得更高的离心泵空化性能,可在适当范围内降低诱导轮进口轮毂比.

叶片V 型切割对低比转速离心泵压力脉动的影响

为研究设计工况下叶片V型切割宽度对低比转速离心泵外特性以及压力脉动的影响,以一台比转速ns=67的离心泵为研究对象,在保证叶轮和蜗壳其他几何参数不变的情况下,对叶片出口边进行V型切割,利用N-S方程和RNG k-ε湍流模型对流场进行全三维数值计算。研究结果表明:叶片V型切割宽度对离心泵外特性有显著影响,扬程和效率随着叶片V型切割宽度增大而逐渐降低,但效率下降幅度较小,同时离心泵蜗壳内部和蜗壳出口处的压力也明显下降;各监测点压力脉动具有明显周期性特征,蜗壳隔舌、第Ⅰ断面和蜗壳出口监测点压力脉动幅值随着切割宽度增大而呈现出先减小后增大的趋势,当叶片出口相对切割宽度为33.33%时,离心泵内压力脉动幅值达到最小。

导叶径向位置对井用潜水泵性能的影响

为研究导叶径向位置对潜水泵性能的影响,针对250QJ125型井用潜水泵,在其他参数一定的条件下,通过改变空间导叶入口径向位置,设计了9组潜水泵导叶方案.基于雷诺时均N-S方程、RNG k-ε模型,采用SIMPLE算法,对井用潜水泵空间导叶在不同径向位置模型的内部流动进行了全流道三维数值计算.对计算结果进行分析,获得了不同导叶方案时潜水泵的性能参数,对比了不同方案导叶损失及其过水断面面积变化规律,以及导叶内部的湍动能与静压分布.结果表明:导叶径向位置对潜水泵性能影响十分显著;当径向距离增大直到导叶位于适当位置时,导叶内部损失较小,具有较强的能量转换能力,导叶内部的湍动能波动程度减弱,大大降低了流动损失,泵效率提高;但当径向距离过大时,导叶过水断面面积变化规律出现明显差异,湍动能波动程度加剧,导叶流动损失增加,泵性能下降.

高速离心泵平衡孔比面积对其性能的影响

为了研究高速离心泵平衡孔对其内外特性及转子轴向力的影响,以一台转速为30000 r/min的高速离心泵为研究对象,利用N-S方程及RNG k-ε湍流模型进行全流场数值计算。研究结果表明,当比面积0.5≤k≤5时,随着比面积的增大,高速离心泵扬程H下降2.4%,效率η下降3.4%,轴功率P上升3.8%;当比面积3≤k≤5时,高速离心泵平衡孔内流动产生漩涡,对主流产生较大的影响。随着平衡孔比面积的增大,平衡孔泄漏量增大,最大泄漏量可达设计流量的23%。比面积变化对高速离心泵转子轴向力的大小和方向均有显著影响,当比面积k<1时,转子轴向力方向指向离心轮进口;当比面积k≥1时,转子轴向力背离离心轮进口;当比面积k=1时,平衡孔可有效地平衡转子轴向力。

离心泵叶片缝隙对声场特性影响的研究

为进一步研究离心泵的声场特性,对离心泵叶轮叶片尾缘进行开缝测试。考虑开缝径向直径Dk和缝隙宽度B,设计了18组正交试验来探究叶片尾缘缝隙对声场的影响。针对离心泵噪声的发生机理,采用重整化群k-ε(Re Normalization Group,RNG k-ε)模型对离心泵进行全流场非定常数值模拟,并根据FW-H方程提取蜗壳壁面的湍流脉动作为偶极子声源,基于声学边界元法进行离心泵声场计算,将声学计算结果与流场压力脉动结果进行综合分析。研究结果表明:压力脉动可在一定程度上反映声压级的大小,隔舌区压力脉动波动剧烈,此处是噪声的主要发生源。开缝叶片可以有效改善叶轮出口的不均匀流动,对内外声场噪声的降低有一定的积极作用,且在径向开缝位置γ=0.90时降噪效果最佳。

动静转子间隙比对核主泵水力性能的影响

基于三维不可压缩流体的N-S方程和RNG k-ε湍流模型,运用试验和数值计算相结合的方法,对设计工况下不同动静转子间隙比Δδ的混流式核主泵水力模型的三维湍流流场进行数值计算,研究Δδ对模型泵水力性能及内部流场的影响.结果表明:在所取的间隙比范围内,设计流量工况下,随着Δδ的增大,泵的总扬程和效率先增大后减小;当Δδ=3.1时,泵的总扬程和效率都达到最大值;导叶和压水室内的水力损失受Δδ的影响较大,导叶内水力损失在Δδ=2.2时最大,压水室内水力损失在Δδ=5.8时最大,当Δδ在3.1~4.0时,在导叶和压水室内的水力损失均较小.叶轮出口和导叶进口的相对速度随Δδ的增大而相互趋近,从前盖板流线到后盖板流线相对速度基本呈单调递减,叶轮出口和导叶进口相对速度分布在Δδ=3.1时最合理.研究结果可用于分析混流式核主泵水力模型的内部流场特征,并为其高效水力模型的优化设计提供参考.

水力空化在水处理领域的应用研究进展

水力空化作为一种新型的废水物化处理技术具有潜在的应用前景,目前已开始应用于化工环保和能源环境领域。从理论研究与实际应用的角度出发,主要阐述了水力空化的概念与形成机理、空化效应以及该项技术在水处理领域的降解和杀菌原理,并对近年来水力空化在水处理方面的国内外技术应用与最新研究进展进行综述介绍。同时提出了目前该领域存在的问题,并对今后的发展方向与研究趋势做出预测和展望,对于进一步研究水力空化现象及应用具有一定的参考价值。

环形压水室截面面积对核主泵性能的影响

为了研究环形压水室结构对于核主泵水力性能的影响,在保证其他过流部件几何参数不变的前提条件下,以某型核主泵模型为研究对象,设计3种不同截面面积环形压水室的核主泵模型,并基于RNG k-ε湍流模型和滑移网格模型,对以上3种缩比模型内部流动进行全三维数值模拟,通过试验证实了数值计算数据与试验数据的吻合性与该数值模拟方法的可靠性。结果表明:在设计工况下运行,压水室截面面积变化对核主泵性能影响不大;偏离设计工况,适当增大压水室截面面积能够提高核主泵的扬程、效率和静压能占比,并改善压水室内部流动特征;而偏小的压水室截面面积会使其内部流动损失增大。在实际泵产品的设计和研究过程中,结构尺寸允许的条件下适当增大压水室截面面积有利于提高核主泵的整体性能。

入口导流栅几何参数对高速泵诱导轮空化特性的影响

高速离心泵空化问题机理相对复杂,通常认为诱导轮间隙泄漏涡与回流漩涡是影响高速离心泵空化的主要原因。本文通过在诱导轮入口前增设导流栅来抑制旋转涡,达到提高离心泵空化性能的目的。采用RNG k-ε湍流模型,对带有矩形、椭圆形两种不同形状导流栅的离心泵进行全流场模拟,分析高速离心泵全流场数值计算结果,对比增置导流栅前后离心泵空化特性以及进口段流场。结果表明:带椭圆形导流栅的离心泵临界空化数有所降低,空化性能得到改善;增设导流栅后,诱导轮进口段旋转强度明显减弱,离心泵扬程均有明显提升,其中椭圆形导流栅方案较原方案提高了3%。

高速离心泵平衡孔轴面安放角对其性能的影响

为研究高速离心泵平衡孔轴面安放角对其内外特性及转子轴向力的影响,以一台转速为30000 r/min的高速离心泵为研究对象,利用N-S方程及RNG k-ε湍流模型进行全流场数值计算。结果表明:随着轴面安放角的增大,高速离心泵轴功率P基本保持下降趋势,下降为最大轴功率的2.8%;效率"基本保持上升趋势,上升为最小效率的1.1%;扬程H最大变化量为设计扬程的1.5%,并出现极值点;随着轴面安放角的增大,平衡孔泄漏的高压射流对离心轮进口的主流排挤越小;当轴面安放角-30°≤θ≤-10°与0°≤θ≤20°时,随着轴面安放角的增大,转子轴向力减小,在轴面安放角θ=0°时,轴向力发生骤增,出现极大值点;与传统轴面安放角θ=0°的平衡孔安装方式相比,本研究中轴面安放角θ=20°时,轴向力降低67.92%,可有效平衡转子轴向力。

诱导轮叶片后倾角对高速泵空化性能及诱导轮内部能量转换的影响

为研究高速变螺距诱导轮叶片截面在子午面的后倾角变化对高速离心泵空化性能及内部能量转换的影响,采用数值计算与试验相结合的方法,在叶片截面子午面内的几何形状参数不变的情况下,通过改变高速诱导轮叶片截面在子午面内的后倾角度,设计4组诱导轮方案。通过数值计算与试验结果分析对比发现:当诱导轮叶片截面在子午面内的后倾角在一定范围内增大时,高速离心泵的空化性能会得到改善;当叶片截面在子午面内的后倾角超过一定范围时高速离心泵的空化性能反而会降低;诱导轮叶片截面后倾角的变化会改变诱导轮进口轮缘轮毂的安放角,改善冲角与叶片进口安放角的匹配,抑制叶片入口轮缘处空化的发生;叶片后倾角对泵的外特性影响很小,说明改变诱导轮的叶片截面后倾角对叶片做功能力基本无影响;诱导轮的空化状态会影响诱导轮的能量转换,空泡附着在诱导轮叶片上会降低叶片的做功能力,通过相同空化数下不同诱导轮流道横截面上的总压分布,空化性能最好的方案中能量转换越好。

空化射流技术的应用进展与前瞻性分析

空化射流技术借助于空泡破裂时产生的强大冲击力来增强射流的效果,并利用空泡溃灭时引起的"空化效应"来解决工程性问题。介绍了空化现象和空化射流的研究发展史,并对空化射流与高压水射流清洗技术的特点进行了比较分析,同时总结和讨论了空化射流的形成机理与空化效应,综述了空化射流技术在清洗除污、生化环保工程、油气开采、物料破碎与超细粉碎等方面的工程应用状况,对该项技术现阶段的应用进展进行了阐述与说明。展望了该技术的发展趋势与未来研究方向,对进一步探索空化射流的深层机理提供了可借鉴的研究思路,对扩展其应用范围具有一定的指导意义。

声振耦合作用下叶片出口斜切对离心泵噪声的研究

为研究声振耦合作用下叶片斜切对离心泵内外声场的影响,以一台比转速ns=67的离心泵为研究对象,在保证叶轮前后盖板和蜗壳几何参数不变的情况下,只对叶片出口边进行斜切,同时基于RNG k-ε湍流模型和声学边界元/有限元(BEM/FEM)方法分别对离心泵进行全流场和声场计算。研究结果表明,对叶片出口边进行斜切,隔舌附近处压力脉动波动会呈现一定的周期性,叶轮出口的流场波动以及离心泵内外声场声压级都会随着斜切角度的增大而逐渐减小,内外声场声压级都在叶频处达到最大,随着频率的增大,声压级衰减程度增加,外声场声压级最大值主要集中在离心泵出口右上方附近。综合考虑离心泵能量性能和流场噪声,当叶片出口斜切角度为30°时,离心泵综合性能最佳。