高粘度流体中转子旋流长度的数值分析

研究了介质为60%甘油时换热管内螺旋两叶片转子的旋流特性。通过实验验证,得到了介质为高粘度流体时强化传热的数值模拟方法。使用该模拟方法,通过对比纵向涡量云图、轴向速度云图和湍动能云图对单个螺旋两叶片转子的旋流长度进行了分析研究,得到螺旋两叶片转子的旋流长度为80mm。同时对内置不同间隔距离转子的换热管的传热及阻力性能进行了模拟研究,并将模拟结果进行了对比以得到转子排列的最佳间隔距离,即转子的旋流长度,从而验证了之前的分析结果。

内置转子换热管旋流部分的数值模拟

研究了介质为60%甘油时内置螺旋两叶片转子换热管的传热及阻力特性,通过实验研究和数值模拟,得到了介质为高黏度流体时强化传热的模拟方法。同时,分析了单个洁能芯转子在强化管内的旋流长度,并对比分析了转子间隔对强化管传热及阻力特性的影响。模拟结果表明,在换热管长度相同的前提下,转子无间隔排列强化管的努塞尔数(Nu)是转子间隔排列时的1.073～1.078倍;但是前者的阻力系数(f)则比后者的阻力系数高出61.76%～62.01%,因而在强化传热综合性能方面,前者的综合性能优于后者,由此推断,转子的间隔排列方式有利于提高强化管的强化传热综合性能。

基于环空流场特性的变径稳定器参数优化研究

变径稳定器径向活塞不同的伸缩状态对环空流场会产生影响。为此,采用流体动力学研究不同状态下的环空流场特性并在此基础上进行结构优化。建立变径稳定器的流体动力学数值模拟模型,结合现场应用的变径稳定器参数,分析不同螺旋带参数和流体参数下的流体特性。研究结果表明:螺旋升角为55°左右时最优,螺旋棱截面对应圆心角对环空流场影响不明显,螺旋棱侧面倾角在5°~10°范围内较好,径向活塞为伸出状态时旋流流场表现更好;钻井液排量与旋流长度之间呈正相关、近似线性关系,钻井液密度较大时可以改善旋流衰减流场,但对切向速度和旋流长度影响较小。研究结论可为变径稳定器的结构设计与优化提供技术支撑。