锥直型喷嘴内近壁处流动特性的大涡模拟

射流喷嘴被广泛应用于管道清洗、辅助破岩、射流成孔等石油工业中领域。锥直型喷嘴作为应用最为广范的喷嘴类型而被研究。其整体流动状态与阻力对近壁处流动状态敏感。喷嘴近壁处流动状态对喷嘴整体流动状态和流动阻力影响较大。本文采用大涡模拟模型对喷嘴内流场进行数值模拟。对喷嘴内速度场分布、速度梯度、壁面压力、壁面剪切力、壁面摩擦阻力系数进行分析,得出了以下结论:收缩段处速度分布由抛物线型转变为“M”型,并在近壁处出现峰值;在收缩段入口处附近发生边界层转捩,出现漩涡;在收缩段出口、直管段入口处附近出现边界层转捩与分离,在该处速度梯度、壁面剪切力、壁面摩擦阻力系数均出现峰值;直管段近壁处周期性出现有序涡结构,并在壁面处表现为剪切力、速度梯度、摩擦阻力系数的周期性波动,与近壁处流动状态涡结构的周期性出现相互佐证;整个喷嘴流动阻力大部分产生在喷嘴直管段内,涡流的出现降低壁面摩擦阻力系数,在喷嘴减阻时可考虑优化喷嘴收缩段到直管段过渡的轮廓,亦可考虑在直管段内进行被动减阻设计。通过对喷嘴内近壁处流动特性阐述,分析了喷嘴内流动摩擦阻力的产生位置及原因,能够为进一步为优化喷嘴结构、降低喷嘴流动阻力提供理论支撑。

70MPa无火花井口安全切割装置研制及应用

井喷失控着火后,抢险救援通常需要切割井口周围障碍物、已损毁井口等,由于井口装置、障碍物等尺寸大、本体厚,切割设备在近井口极端恶劣条件下使用寿命短,导致切割效率低、作业人员安全风险高等问题。针对上述难题,优化了切割浆体射流方式,设计了双喷头结构、可互换行星减速机构、锥直型切割喷嘴等核心部件,并对喷嘴等关键设计参数进行模拟分析,优化改进,研制了适用于井喷失控井的远距离水力喷砂切割装置,有效提高切割作业效率,降低抢险救援人员近井口作业风险。

不同结构喷嘴内外流场的数值模拟分析

选择矿井喷雾除尘常用的锥直型喷嘴和离心式喷嘴,利用FLUENT软件,基于VOF方法对不同结构的喷嘴以及喷嘴在不同进口压力下喷雾的内外流场进行数值模拟。模拟结果显示,锥直型喷嘴的出口速度大,离心式喷嘴的覆盖范围广;对于锥直型喷嘴,不同长径比下喷嘴处形成的负压区不同;同一种喷嘴的进口压力越大,其喷雾的出口速度越大,雾化效果越好,而进口压力对喷嘴附近的压力及雾化锥角影响较小。