射流喷嘴几何参数对喷灌泵自吸性能的影响

为探索射流喷嘴几何参数对射流式自吸喷灌泵自吸性能的影响规律,该文选择射流喷嘴的喷管总长L1、喷管角度θ、出口长度L2及出口直径D2为变化因素,按L9(34)正交试验的方法设计了9种不同参数的射流喷嘴,通过数值模拟得到使用9种不同射流喷嘴的泵自吸过程气液两相体积流率、叶轮进口速度、叶轮进口气相体积分布及叶轮气相体积分布规律。分析结果表明:射流喷嘴几何参数对射流式自吸喷灌泵气相及液相流率影响的主次顺序为D2>L2>L1>θ;对叶轮进口速度影响的主次顺序为L2>θ>D2>L1;对叶轮进口气相体积分布影响的主次顺序为θ>L1>D2>L2;对叶轮气相体积分布影响的主次顺序为D2>θ>L1>L2;对该射流式自吸喷灌泵射流喷嘴各几何参数最佳组合为射流喷嘴的喷管总长L1=55mm、喷管角度θ=42°、出口长度L2=2mm及出口直径D2=13mm。研究结果可为射流式自吸离心泵射流喷嘴的设计提供参考。

自激振荡脉冲射流喷嘴的试验研究

由作者发明和研制成功的自激振荡脉冲喷嘴所形成的脉冲射流 ,在相同条件下与常规的连续射流相比 ,射流的峰值压力 ,冲蚀体积和有效靶距均得到明显的提高 ,作者将多年来所进行的实验室实验 (振荡腔内流体压力的测定 ;非淹没射流条件下的实验分析 ;淹没条件下自激振荡脉冲射流的性能实验及其分析 ;在淹没和非淹没条件下自激振荡脉冲射流的冲蚀效果 ;碰撞壁碰撞区域的磨损对自激振荡脉冲射流的影响等 )

低压大流量自激振荡脉冲射流喷嘴结构参数优化研究

通过对上喷嘴直径分别为 8mm和 10mm的低压大流量自激振荡脉冲射流喷嘴系统的试验研究得到了其结构参数的最佳配比关系 ,并与以往高压小流量自激振荡脉冲喷嘴优化的结构参数配比相比较 ,阐明了引发差异的原因。

自激脉冲射流喷嘴参数对装置能耗影响分析

为揭示喷嘴各参数变化对低压大流量自激振荡脉冲射流装置能耗的影响,本文借助数值模拟的方式,对自激振荡脉冲射流喷嘴的能耗问题进行了探讨,根据各结构参数和运行参数变化对腔内速度矢量场、腔内空化区形状即压力场、以及脉冲射流频率影响的分析结果,得到了如下论断:在合适的工况下,上喷嘴入口速度的降低将同比例降低下喷嘴出口的能量输出,上喷嘴压力提高与下喷嘴射流动能的增加成三倍关系.经过与试验结果对照,验证了这一结论,这一结果对于优化设计自激振荡脉冲射流喷嘴,指导自激喷嘴工业化设计具有重要的价值.

双射流喷嘴破岩扩孔的实验研究

利用旋转射流破岩效率高、小水眼可钻出大孔的特点 ,并结合锥形喷嘴有效喷距较长的特点 ,设计了一种新型喷嘴——双射流喷嘴。室内试验结果表明 ,射流喷嘴外旋转角 30°左右破岩效果最佳 ,破岩面积则随着角度增大而增大 ;双射流喷嘴最佳喷距约为当量直径的 5～ 8倍 ;在短喷距情况下 ,双射流喷嘴与普通锥形喷嘴相比 ,破岩效果相近 ,但破岩面积约为 1～

水射流喷嘴增强气力提升性能的实验研究

在钻孔水力开采过程中,井底对岩屑产生的压持效应易导致气力提升系统输送能力减弱。为此,采用与实际作业相近的槽内供砂方式并引入水射流喷嘴研究其影响系统性能曲线及临界工况点的机理及规律。结果表明:水射流喷嘴数量N=3时就可消除槽底压持效应,起到大幅提高颗粒质量流量与提升效率之目的,之后则随其增加又对气力提升性能影响甚微。水射流喷嘴分布的非均匀性过高与过低均不利于增强气力提升性能。此外,水射流喷嘴在气举头埋入砂层(即气举头底部至砂床表层距离H<0)后可显著提高颗粒质量流量与提升效率。临界输砂研究结果表明,水射流喷嘴未影响排水时的临界气量值Q_G,L,但却导致输砂临界气量值Q_G,S及与之对应的临界水流表观速度J_L,c_(ri)因压持效应得到解除而大幅减弱,而后则随N增加仅微量减小。实测值J_L,c_(ri)在H=0与理论模型中临界水流速度的计算值u_(Lcri)极为接近,但随H加大两者差异升高。

围压下双射流喷嘴空化初生能力的实验研究

为了提高射流破岩效果和深井钻井的速度,实验研究了双射流喷嘴在不同围压下的空化初生能力,并与普通锥形喷嘴进行了比较。结果表明,在同等条件下,双射流中心喷嘴出口直径对双射流喷嘴空化初生能力影响明显;在高围压条件下,双射流喷嘴比普通锥形喷嘴具有更大的初生空化数,且大都大于1.0,而锥形喷嘴最大仅为0.43。

自激脉冲射流喷嘴参数对装置能耗的影响分析

为揭示喷嘴各参数变化对低压大流量自激振荡脉冲射流装置能耗的影响,借助数值模拟的方式,对自激振荡脉冲射流喷嘴的能耗问题进行了探讨,根据各结构参数和运行参数变化对腔内速度矢量场、腔内空化区形状(压力场)以及脉冲射流频率影响的分析结果,得到了如下论断,在合适的工况下,上喷嘴入口速度的降低将同比例降低下喷嘴出口的能量输出,上喷嘴压力提高与下喷嘴射流动能的增加成3倍关系。经过与试验结果对照,验证了这一结论,这一结果对于优化设计自激振荡脉冲射流喷嘴,指导自激喷嘴工业化设计具有重要的价值。

自激振荡脉冲射流喷嘴的修正空化模型

根据自激振荡脉冲射流喷嘴中的空化发生机理,一种考虑剪切力(包括雷诺剪切力和粘性剪切力)和由湍动能产生的压力脉动对空化影响的修正空化模型被提出来提高喷嘴内流场的模拟精度。修正空化模型通过用户自定义函数UDF挂入到Fluent中定义空化压力属性。采用该修正空化模型模拟计算所得到的不同入口压力和腔径条件下的喷嘴出口压力峰值与以往的实验结果吻合得很好,验证了该修正空化模型的正确性。进一步对剪切力和由湍动能产生的压力脉动对空化的影响进行了分析,并且研究了不同入口压力条件下这两个因素对空化发生的影响的强弱程度以及空化初生的能力。

新型双射流喷嘴冲击井底流场数值模拟研究

为了克服组合双射流的缺点,提出了新型双射流喷嘴,并采用RNGκ-ε湍流模型计算了新型双射流喷嘴冲击井底的流场。建模时采用有限体积法离散各控制方程,采用松弛迭代法求解各离散方程,壁面采用无滑移固壁边界。模拟结果表明,新型双射流不存在等速核,且轴心线冲击力小,但作用面积大;与旋转射流相比,轴心线附近流速最大,从而实现了高效破岩。漫流层的径向流速最大值出现在距离外流场轴线2.5D距离处,大小约为喷嘴出口速度的23%。新型双射流利用圆形射流冲击和旋转射流剪切破岩,能形成直径较大、深度较大的破碎坑。

旋进射流喷嘴的频率及流场特性研究

在圆筒套管内设置一块孔板构成旋进射流喷嘴,由此获得持续稳定的旋进射流,研究了喷嘴最优的结构参数。用热线风速仪测量出口射流的速度并进行功率谱分析,得到旋进射流的频率及流场特性。研究表明,旋进射流具有较高的紊流强度,速度场沿径向的分布趋向平缓,其进动频率随流量增大而加快,喷嘴的尺寸和结构对射流进动有影响。

用于石油钻井磨料射流喷嘴的研制

为进一步提高石油钻井磨料射流喷嘴寿命,以自制含有晶粒长大抑制剂的WC-6Co纳米复合粉为原料,采用模压及真空烧结试制了一种磨料射流喷嘴,用扫描电镜观察其组织形貌,并进行硬度和密度的测量。结果表明:试制的WC-6Co硬质合金喷嘴组织均匀,断口平整光滑,WC晶粒细小,平均晶粒尺寸约1.5μm;其硬度为HRA90.7,密度为14.79 g/cm3,接近国外同类产品,有广泛应用推广价值。

前混合式磨料射流喷嘴内流动状态的理论研究

介绍了前混合式磨料射流喷嘴内粒子运动方程及其数值计算方法；分析了喷嘴形状对粒子运动轨迹和喷嘴磨损的影响。

前混合式磨料射流喷嘴的磨损试验研究

在试验中利用水流量变化表示喷嘴磨损程度，研究了压力、磨料浓度对喷嘴磨损的影响，归纳出了半经验公式。

低压大流量自激式脉冲射流喷嘴装置性能参数试验研究

通过试验对低压大流量自激式脉冲射流喷嘴装置主要性能参数(结构参数和运行参数)进行了系统研究,得出了低压大流量自激式脉冲射流装置最佳结构参数和运行参数的范围,设计的高性能自吸气式自激脉冲射流喷嘴装置在淹没条件下能够有效提高射流打击力.

基于响应面分析的附壁脉冲射流喷嘴优化设计

为了提高附壁脉冲射流喷嘴结构的可靠性,针对某一超深油井井下附壁射流喷嘴,采用中心复合响应面设计与数值模拟方法,以反馈通道直径、附壁夹角和出口直径为优化变量,以射流的压力脉动幅值为优化目标,开展了喷嘴结构的优化设计。通过试验与数值模拟结果对比,验证了数值模拟方法的可靠性。对响应面结果的拟合回归方程、三维立体图和等高线进行了分析,分析结果表明,出口直径的变化对响应值压力脉动幅值的影响最为明显,较小的出口直径能够获得更大的压力脉动幅值。基于响应面分析结果,得到了优化的附壁脉冲射流喷嘴结构。对优化得到的附壁脉冲射流喷嘴内流场开展数值模拟分析,得到其脉动幅值为0.308 MPa,与响应面模型预测值非常接近,进一步验证了采用中心复合响应面法优化得到的附壁脉冲射流喷嘴结构的可靠性。研究方法与结果可为类似结构的优化设计提供参考。

适应系统要求的射流喷嘴的研究

根据系统理论模型建立了射流泵系统装置并采用了理论分析和统计分析的方法论述了射流泵内部结构和系统装置的关系。实验结果分析表明,射流泵的结构参数和系统效率存在最优化关系,同时系统条件对射流泵的内部流场流动有着重要的影响,指出射流泵只有适应系统工艺条件才是射流泵充分发挥效率的关键。

自激振荡脉冲射流喷嘴结构优选试验研究

高压水射流是钻井提速的基本技术手段。自激振荡脉冲射流是一种特殊的高压水射流,因其结构简单、全金属性及充分利用钻井液能量等优点,成为深井、超深井钻井提速研究热点。根据流体网络集中参数理论,设计了室内试验装置和试验方法,对自激振荡脉冲射流元件的结构参数与射流特性进行了室内试验分析。结果表明:流体网络集中参数理论能够很好地描述射流元件的振荡特性;当上下喷嘴直径比为0.75、腔长腔径比为0.80、喷嘴锥角为120°时,自激振荡脉冲射流性能最好。

径向水平井多孔自旋射流喷嘴设计及应用

为了解决目前常规射流喷嘴无法同时实现钻大孔和钻深孔的问题,设计了一种结构简单的多孔自旋射流喷嘴,并利用SIMPLEC算法对其流场进行数值模拟计算,分析了喷嘴的外流场特性,通过室内破岩实验研究了喷嘴的破岩机理,优选了喷嘴的结构参数。结果表明:多孔自旋射流喷嘴的无因次冲击区面积随定位圆半径的增大而增大,随倾斜角的增大而减小,随切向角的增大呈现出先增大后减小的规律。在倾斜角一定的条件下,切向角为16°时,无因次冲击区面积达最大值;在切向角一定的条件下,倾斜角为6°时,射流在冲击壁面形成较大的冲击区和速度较高的漫流区。定位圆半径4 mm、倾斜角6°、切向角16°的多孔自旋射流喷嘴可实现钻大直径深孔的目标,并取得了较好的现场应用效果,可作为一种新型高效的径向水平井射流喷嘴进行推广应用。

康达效应下射流喷嘴的结构选型及优化设计

针对颗粒分级作业中射流喷嘴的弥散程度无法满足康达效应需求的问题,提出了一种基于计算流体力学(CFD)的射流喷嘴优化方案。以喷射前物料颗粒的基本物性参数为基础,构建颗粒介观尺度运动动力学模型,进行气固两相流动的颗粒力学参数分析,引入Euler-Lagrange方法将颗粒进行离散化处理,实现针对扇形、鸭嘴形、圆锥形和圆柱形4类喷嘴含气射流的仿真研究,完成喷嘴的结构选型及尺寸参数优化。模型的计算结果显示,弥散程度指标下所提出的扇形喷嘴针对康达效应的射流具有更好的弥散性及均匀性,针对扇形喷嘴的参数优化使其能够完成气固两相射流下的颗粒高效分级。