【摘要】：電動潛油離心泵是主要人工舉升采油方式之一,適合高產(chǎn)井、斜直井,具有維護(hù)費(fèi)用低、占地面積小等特點(diǎn)。但是,在輸送氣液兩相時舉升能力不佳,泵效低,氣液比大時,會發(fā)生氣鎖現(xiàn)象,嚴(yán)重危害了抽油機(jī)井的正常運(yùn)行。針對電潛泵兩相流流場性能的研究成果還不完善,因此本文將對廣泛應(yīng)用于油田的某型號電潛泵輸送兩相流時的外特性及流場特性進(jìn)行研究,并進(jìn)一步揭示兩相流機(jī)理�；谟嬎懔黧w動力學(xué)理論,構(gòu)建電潛泵兩相流流場力學(xué)模型,應(yīng)用CFD仿真軟件CFX對電潛泵內(nèi)單相流和氣液兩相流工況進(jìn)行數(shù)值模擬。通過對比實驗結(jié)果與模擬結(jié)果,驗證模擬結(jié)果的正確性。進(jìn)一步對變流量工況和變轉(zhuǎn)速工況下氣液兩相流進(jìn)行了模擬,從穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)兩個角度出發(fā),分析兩相流時流場內(nèi)氣相體積分布、壓力場、速度場及葉片載荷變化規(guī)律。分析結(jié)果表明:輸送氣液兩相時電潛泵揚(yáng)程、功率和效率均減小,流道內(nèi)壓力值略增大,流速小幅值增大,且通入氣液比越大泵的性能越差。氣相在流道內(nèi)分布不均勻,沿軸向方向氣相聚集范圍為自前蓋板向流道出口延伸,氣相濃度自前蓋板向流道出口遞減。葉輪內(nèi)前蓋板側(cè)葉片后段有氣液分離區(qū)存在。隨著葉輪旋轉(zhuǎn),氣相在流道內(nèi)表現(xiàn)出有規(guī)律的周期性聚集擴(kuò)散變化。氣液比增大,流道內(nèi)氣相聚集濃度最大值增大,高濃度氣相占據(jù)流道面積向葉片工作面擴(kuò)展,聚集擴(kuò)散周期增長,氣液分離區(qū)范圍向前蓋板側(cè)縮減,泵內(nèi)壓力小幅度增大,主流流速增加,渦流作用范圍增大。當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)速增加時,氣相聚集擴(kuò)散周期縮短,葉輪內(nèi)氣相聚集濃度最大值減小,而導(dǎo)輪內(nèi)氣相聚集濃度最大值增大,葉輪內(nèi)高濃度氣相聚集范圍縮小,而導(dǎo)輪內(nèi)高濃度氣相聚集范圍增大。兩相流時葉片表面載荷曲線不光滑,且流量越大載荷波動幅度越大。氣液比較大時,葉片尾緣處工作面壓力偏低。氣相在流道內(nèi)有規(guī)律的周期性聚集擴(kuò)散,引起葉片兩側(cè)載荷有規(guī)律的變化,導(dǎo)致葉片兩側(cè)壓差產(chǎn)生小幅值有規(guī)律波動。本文研究成果完善了電動潛油離心泵輸送氣液兩相流時內(nèi)部流場的流動機(jī)理,為電潛泵的氣液混輸應(yīng)用提供了理論指導(dǎo),并為優(yōu)化電潛泵結(jié)構(gòu)及性能提供理論依據(jù)。
【圖文】：

圖 2.1CFD 數(shù)值計算流程2.CFD 技術(shù)的發(fā)展歷程CFD 技術(shù)的發(fā)展是隨著計算機(jī)水平和數(shù)值算法的發(fā)展而發(fā)展的。1933 年 Thom 用手搖計算機(jī)對一個外掠圓柱流動進(jìn)行了數(shù)值計算。而從 20 世紀(jì)六十年代起，CFD 技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在可以分成三個階段，初創(chuàng)階段、工業(yè)應(yīng)用階段和蓬勃發(fā)展階段。（1）初創(chuàng)階段（1965-1974）初創(chuàng)階段的主要研究內(nèi)容是解決 CFD 技術(shù)中的一些基本理論問題，包括模型方程、數(shù)值方法、網(wǎng)格劃分、編寫程序與程序?qū)崿F(xiàn)等，并對數(shù)值計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行驗證。1965 年 Harlow 等人提出交錯網(wǎng)格，為 SIMPLE 算法的提出提供了基礎(chǔ)。1967年 Patankar 等人發(fā)表了求解拋物型流動的 P-S 方法，并在 1972 年推出了 SIMPLE 算法求解內(nèi)流問題。為解決幾何邊界復(fù)雜的內(nèi)流問題，，學(xué)著開始對網(wǎng)格變換問題的進(jìn)行研究，1974 年 Thompson 等人提出采用微分方程來生成適體坐標(biāo)的方法（TTM 方法），后來逐漸形成了 CFD 技術(shù)中一個專門的研究領(lǐng)域“網(wǎng)格生成技術(shù)”。（2）工業(yè)應(yīng)用階段（1975-1984）工業(yè)應(yīng)用階段的主要研究內(nèi)容是 CFD 技術(shù)工程應(yīng)用的可行性、可靠性和工業(yè)化推

本文運(yùn)用 CFTurbo 設(shè)計電潛泵三維結(jié)構(gòu)可究的電潛泵的主要參數(shù)如表 3-1：表 3-1 電潛泵主要參數(shù)參數(shù) 數(shù)值 單位流量 Q 100 m3/d揚(yáng)程 H 6.95 m轉(zhuǎn)速 n 2900 r/min輪進(jìn)口直徑 D1 25.8 mm葉輪外徑 D2 35.8 mm輪出口寬度 b1 8 mm輪出口直徑 b2 8 mm葉輪葉片數(shù) 7 片導(dǎo)輪葉片數(shù) 10 片
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE933.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2710665