發(fā)布時間：2020-08-06 21:44

【摘要】：軸流式多相混輸泵由于其體積小、揚程高,并且所輸送介質(zhì)中的含氣率可達80%以上,受到國內(nèi)外廣大科研院所和企業(yè)的關(guān)注,特別是相對于目前使用較多的螺桿泵而言,軸流式混輸泵的結(jié)構(gòu)簡單、適用范圍更廣,節(jié)約油氣開采成本。目前這種類型的混輸泵在國外一些國家已有使用,但效果仍不理想,且國外對我國施行技術(shù)封鎖,我國在軸流式多相混輸泵的研究方面還處于初步探索階段,且目前我國所研究的樣機效率較低,這主要是由于軸流式多相混輸泵在原油開采過程中常常伴隨著各種能量損失,如沖擊損失、摩擦損失以及各種回流損失等,分析其主要原因有:一,軸流式多相混輸泵壓縮級單元內(nèi)易出現(xiàn)旋渦;二,軸流式多相混輸泵內(nèi)部存在較大的湍流耗散;三,由于軸流式多相混輸泵獨特的增壓單元結(jié)構(gòu)導(dǎo)致內(nèi)部流動十分復(fù)雜,且目前人們對混輸泵壓縮級單元的內(nèi)部流動機理尚未完全掌握。針對以上存在的問題,本文的主要工作如下:1)螺旋軸流式多相混輸泵內(nèi)旋渦特性研究混輸泵內(nèi)流動的復(fù)雜性導(dǎo)致其內(nèi)部存在較多的旋渦,本文分別在不同流量和不同含氣率下對混輸泵流道內(nèi)的旋渦演變規(guī)律展開分析,發(fā)現(xiàn)含氣率工況下軸向旋渦主要分布在靜葉輪內(nèi),隨著流量的增加混輸泵靜葉輪內(nèi)的軸向旋渦逐漸變小直至消失,且軸向旋渦有向靜葉輪出口移動的趨勢,隨著流量的增加混輸泵首級靜葉輪進口段中間截面的徑向旋渦大小逐漸減小,且旋渦的中心逐漸向輪轂移動,混輸泵首級靜葉輪中間段和出口段中間截面的徑向旋渦先減少后增加。2)螺旋軸流式多相混輸泵壓縮級單元內(nèi)湍流耗散分析為了研究混輸泵內(nèi)部的湍流耗散隨流量和含氣率的變化規(guī)律,選取混輸泵首級壓縮單元,對首級壓縮單元內(nèi)的湍流耗散展開了分析,研究結(jié)果表明含氣率工況下導(dǎo)葉內(nèi)的湍流耗散值整體大于葉輪內(nèi)的湍流耗散值,在葉輪葉片同一位置處,含氣率越高,湍流耗散的值越大,湍流耗散較大的區(qū)域主要集中在葉輪葉片的進出口處,隨著流量的增加,葉輪和導(dǎo)葉內(nèi)湍流耗散的整體值逐漸降低。3)螺旋軸流式多相混輸泵內(nèi)流動損失數(shù)值計算為了研究螺旋軸流式多相混輸泵在不同工況下的內(nèi)部流動損失特性,分別在純水工況不同流量下對混輸泵的水力損失展開分析,研究結(jié)果表明在小流量工況下,葉輪內(nèi)的能量損失主要以湍流耗散損失為主,在大流量工況下,葉輪內(nèi)的能量損失主要以葉輪進口沖擊損失和葉輪流道擴散損失為主,在各個流量工況下,導(dǎo)葉內(nèi)的能量損失都主要以湍流耗散損失和摩擦損失為主。
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TE974.1
【圖文】：

好的模型進行裝配，最后導(dǎo)出 STP 格式，全流場三維計算域表 2.1 混輸泵的性能幾何參數(shù)able 2.1 The performance geometric parameters of the multiphase pum參量 數(shù)值設(shè)計流量 /(/)3Qmhd110設(shè)計揚程 H / m85設(shè)計轉(zhuǎn)速 n/( r/m)3000電機功率 P/ KW55葉輪葉片數(shù)1Z 4導(dǎo)葉葉片數(shù)2Z 9

吸入室 壓出室圖 2.2 吸入室和壓出室網(wǎng)格劃分Fig. 2.2 The grid division of the suction chamber and the pressure chamber由于本文的研究重點是混輸泵的壓縮級單元，所以對混輸泵的葉輪和導(dǎo)葉采用結(jié)格劃分，應(yīng)用 Turbogrid 對葉輪和導(dǎo)葉網(wǎng)格劃分具體步驟如下：（1）導(dǎo)入模型。將保存好的 STP 格式文件導(dǎo)入到 Geometry。（2）劃分單流道。將導(dǎo)入的模型在 Geometry 里進行單流道抽取。（3）網(wǎng)格劃分。將 Geometry 里劃分好的單流道導(dǎo)入到 Turbogrid 中，然后urbogrid 里拓撲結(jié)構(gòu)，設(shè)置網(wǎng)格數(shù)，生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。（4）導(dǎo)出網(wǎng)格。將劃分好的單流道網(wǎng)格導(dǎo)出 CGNS 格式。（5）網(wǎng)格復(fù)制。將 CGNS 格式的網(wǎng)格導(dǎo)入 ICEM 中，然后在 ICEM 中旋轉(zhuǎn)復(fù)制。最終得到的葉輪和導(dǎo)葉的網(wǎng)格如圖 2.3 所示。

葉輪 導(dǎo)葉圖 2.3 壓縮級單元網(wǎng)格劃分Fig. 2.3 The grid division of the compression stage2.2.3 網(wǎng)格無關(guān)性驗證展開對多相混輸泵的數(shù)值計算時，網(wǎng)格質(zhì)量以及網(wǎng)格數(shù)的多少將直接影響到數(shù)值計算的準確性和計算速度，因此，有必要對網(wǎng)格的無關(guān)性進行驗證。為了減小網(wǎng)格數(shù)對計算結(jié)果的影響，分別對混輸泵各部件在同樣的情況下設(shè)置了不同的網(wǎng)格尺寸。圖 2.4 顯示了設(shè)計工況下，效率和揚程隨網(wǎng)格數(shù)的變化情況。正如圖中所示，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量從 524.7萬增加到 615.0 萬的過程中，揚程和效率只增加了 0.06%和 0.03%，已經(jīng)滿足了網(wǎng)格的無關(guān)性要求，如果網(wǎng)格數(shù)量繼續(xù)增加，將加很多計算時間，而對計算結(jié)果的影響很小，因此選用 524.7 萬網(wǎng)格作為計算。通過網(wǎng)格無關(guān)性驗證，最終確定混輸泵整個流體域的網(wǎng)格數(shù)為 524.7 萬。74.074.4揚揚效效33.10

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本文編號：2783006