由于煤儲層具有多孔隙、滲透率低等特點,傳統(tǒng)增產(chǎn)措施例如水力壓裂技術(shù),存在煤層損傷大,污染高,適應(yīng)性不強的問題。而水力空化射流技術(shù)通過誘導(dǎo)空化潰滅能產(chǎn)生大量的能量,包括機械震動和熱能。使煤層產(chǎn)生交替變形達到撕裂煤層的效果,從而提高孔隙度,同時降低煤層瓦斯在煤體上的吸附能力,達到煤層氣增產(chǎn)的目的。本文以提高煤層氣采收率空化工具為研究對象,首先,根據(jù)應(yīng)用水聲學(xué)和氣泡動力學(xué),分析了空化氣泡在初生、生長以及壓縮過程中的動力學(xué)特性。并對煤層氣在儲層中的賦存特性進行分析,建立了適用于煤層孔隙中的空泡初生和潰滅模型,導(dǎo)出壓力波傳播的波動方程。然后,建立自激振蕩空化噴嘴模型,并設(shè)計出適用于煤層氣增產(chǎn)的空化工具,通過理論分析和Fluent數(shù)值模擬的方式,對空化噴嘴的射流特性進行分析,揭示了振蕩腔內(nèi)空化氣泡發(fā)展過程,并對噴嘴主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的配比以及工藝參數(shù)（入口流速、出口圍壓）對空化效果的影響進行研究,最后進行室內(nèi)實驗驗證。通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)以及工藝參數(shù),得出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)配比為:d₂/d₁=1.8².2,D_c/d_... 

【文章來源】：西安石油大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

技術(shù)路線

西安石油大學(xué)碩士學(xué)位論文8圖2-1空化水射流空蝕區(qū)域[42]2.1.1空化的分類空化的分類方式有多種，根據(jù)空化氣泡的發(fā)生條件和動態(tài)特性，可將空化分為振蕩型空化、游移型空化、固定型空化和旋流型空化四種類型[43]：a.振蕩型空化這類空化主要發(fā)生在液體不流動的狀態(tài)下，通過放置一個物體在液體內(nèi)，并使其在液體中不斷運動，從而使得液體隨著運動物體而產(chǎn)生振動形成壓力波動。當(dāng)振動的幅度及頻率較大時，液體內(nèi)會產(chǎn)生局部的低壓，當(dāng)壓力低于某一臨界值時，低壓區(qū)將會有氣核出現(xiàn)并長大發(fā)生空化現(xiàn)象，同時由于物體的振動促使空化氣泡的潰滅。b.游移型空化在流動的液體中，由于一些外部因素的影響，如截面變徑等，使得液體壓力降低，由于液體存在一定的張力，空化氣泡開始生長，當(dāng)流體流經(jīng)的區(qū)域壓力升高后，空化氣泡開始收縮，直到完全潰滅。c.固定型空化這類空化一般形成于固定的結(jié)構(gòu)表面，由于液體的不同層運動狀態(tài)不同，而在其交界面產(chǎn)生強烈的剪切效果，在某一層中由于速度較快而形成空化，常見的此類空化如水翼空化。在產(chǎn)生空化后，隨著空化數(shù)的變化，會形成固定空化附著在固體壁面上，并隨著固體壁面移動，最后逐步潰滅消失，在下一個周期內(nèi)又會重復(fù)產(chǎn)生。d.旋渦型空化這類空化常見于航船的船槳附近，空化主要由于物體的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生旋渦流，而旋渦中心產(chǎn)生高紊動剪切，使得中心壓力下降到臨界壓力以下，從而出現(xiàn)空化。此類空化非常不穩(wěn)定，其空化特性隨旋渦強度變化。

西安石油大學(xué)碩士學(xué)位論文12圖2-2球型氣泡的靜平衡忽略該狀態(tài)下存在的氣體擴散現(xiàn)象，得出平衡方程：2vppR（2-4）式中：p為空泡外壁面所受到的水體壓力，Pa；vp為空泡內(nèi)部的飽和蒸氣壓強，Pa；為水的表面張力系數(shù)；R為空泡的半徑，m。顯然可以看出，當(dāng)外壁面受到的水體壓力p＜2vpR時，空泡將會膨脹生長，反之則會收縮潰滅。在實際上來說，空泡中的氣體除了水蒸氣以外，一般還會含有原本溶于水體中的可溶性氣體，此時的平衡方程將改寫為：2vgpppR（2-5）式中：gp為空泡內(nèi)氣體的分壓強，Pa。當(dāng)空泡的半徑R開始變化時，由于空泡的體積發(fā)生變化，空泡內(nèi)氣體的體積也將產(chǎn)生相應(yīng)的改變，因此隨著R的變化，gp可能發(fā)生以下三種情況的變化：（1）按照理想氣體狀態(tài)方程進行變化時，為g3NTpR(2-6)（2）當(dāng)R進行快速變化時，按照理想氣體等溫過程，為00300ggg3VRpppVR(2-7)（3）當(dāng)R的變化較為遲緩時，按照理想氣體絕熱過程，為00300gggVRpppVR(2-8)上三式中：T為空泡內(nèi)的絕對溫度，k；N為空泡相關(guān)常數(shù)；0gp、0R、0V分別為某一狀態(tài)下初始空泡的氣體分壓強、半徑和體積；gp、R、V分別為變化中空泡的氣體分壓強、半徑和體積；為空泡內(nèi)氣體的絕熱系數(shù)。

【參考文獻】：
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本文編號：3515606