外圓筒式水力消能裝置的研發(fā)是為了降低高壓含砂液流進(jìn)入節(jié)流管匯前的壓力,保障油氣田生產(chǎn)的安全性。裝置通過在圓筒中安裝偏轉(zhuǎn)一定角度的開口節(jié)流片作為起旋部件,使高壓液流形成螺旋流,達(dá)到消能減壓的目的。本文通過理論分析建立消能裝置的初始模型,使用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT對初始模型進(jìn)行數(shù)值模擬,采用Standard k-ε模型分析了消能裝置內(nèi)部流體流場的速度、壓力等物理量的分布規(guī)律。通過改變節(jié)流片的開口角度和偏轉(zhuǎn)角度對初始模型進(jìn)行了優(yōu)化,在對比分析后選出了模型的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。通過模擬分析不同雷諾數(shù)下裝置的消能效率,研究流體的速度變化規(guī)律,探究了裝置的消能機(jī)理。經(jīng)模擬研究可知,外圓筒式水力消能裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,具有良好的消能減壓的作用,其消能的主力區(qū)為組合節(jié)流片。在節(jié)流片開口角度相同時,消能裝置的消能效率隨葉片偏轉(zhuǎn)角度的增大而增大;在組合節(jié)流片偏轉(zhuǎn)角度相同時,裝置的消能效率隨著葉片開度的減小而增大;裝置消能效率隨著液流雷諾數(shù)的增大而增大。液流在節(jié)流片后形成的螺旋流具有衰減性三維旋轉(zhuǎn)流動的特點(diǎn),其切向速度不可忽略。液流在消能裝置的消能方式主要有局部水頭損失、沿程水頭損失和組合葉輪段的消能,流束形成的渦旋和螺旋流加劇了液體之間的碰撞、摩擦、摻混,最終動能轉(zhuǎn)化為熱能,達(dá)成消能的目的。本文通過模擬研究,給出了外圓筒式消能裝置的結(jié)構(gòu)和消能特性,為油氣田管道消能提出了新思路,給今后的相關(guān)研究提供了一定的理論和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TE937
【部分圖文】：

數(shù)值模擬等多種方法對裝置的流動規(guī)律和消能效率等問題進(jìn)行了研究，部分消能裝驗(yàn)證成果可喜。.2.1 平板孔口消能裝置孔口水利特性是孔口消能的依據(jù)，對于孔口大小一定，通過固定的液體流量，所的水頭是確定的。相應(yīng)的，也可以調(diào)整孔口的相關(guān)參數(shù)，改變裝置的消能效率，以工程的需求。關(guān)于平板孔口的結(jié)構(gòu)如下圖 2-1 所示：

圖 2-2 圓管斜開口消能裝置水流進(jìn)入裝置，先流入內(nèi)管，當(dāng)內(nèi)管中充滿水流后，水流會沿著開設(shè)的進(jìn)水孔流入外管。在通過斜向的進(jìn)水孔時，流體的速度方向、大小以等流動參數(shù)均發(fā)生改變，水流會通過局部水頭損失消散掉部分能量。除此之外，高速水流切向速度的改變，會形成螺旋流，流體之間的相對運(yùn)動加強(qiáng)，形成更加劇烈的紊動，該過程中水流的能量會以熱能的形式耗散很多。理論分析來說，圓管斜開口裝置的消能效率要高于直開口的消能裝置，研究人員通過試驗(yàn)對比，也驗(yàn)證了這一結(jié)論。（2）管壁切向進(jìn)水消能裝置管壁切向進(jìn)水消能裝置與圓管斜開口消能裝置斜向進(jìn)水的方式不同，該裝置時通過加在管道外的切向進(jìn)水管線與管內(nèi)水流沖擊來形成螺旋流[41]，裝置的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖2-3 所示：

該裝置時通過加在管道外的切向進(jìn)水管線與管內(nèi)水流沖擊來形成螺旋流[41]，裝置的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖2-3 所示：圖 2-3 管壁切向進(jìn)水消能裝置圖中箭頭指示了水流的方向，具有較高水頭的水流通過切向引水管沖擊沿管道正常流動的水流，兩者都具有較高的壓力，切向引入的水流會形成相對強(qiáng)度的渦流，與受到?jīng)_擊的水流相疊加，在管內(nèi)引水管前后形成較穩(wěn)定螺旋流，流體之間的剪切作用加強(qiáng)，比起一般的水頭損失，此時裝置的壓力損失更大。
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本文編號：2870467