由于煤儲(chǔ)層具有多孔隙、滲透率低等特點(diǎn),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(qiáng)的問(wèn)題。而水力空化射流技術(shù)通過(guò)誘導(dǎo)空化潰滅能產(chǎn)生大量的能量,包括機(jī)械震動(dòng)和熱能。使煤層產(chǎn)生交替變形達(dá)到撕裂煤層的效果,從而提高孔隙度,同時(shí)降低煤層瓦斯在煤體上的吸附能力,達(dá)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(duì)象,首先,根據(jù)應(yīng)用水聲學(xué)和氣泡動(dòng)力學(xué),分析了空化氣泡在初生、生長(zhǎng)以及壓縮過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)特性。并對(duì)煤層氣在儲(chǔ)層中的賦存特性進(jìn)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(dòng)方程。然后,建立自激振蕩空化噴嘴模型,并設(shè)計(jì)出適用于煤層氣增產(chǎn)的空化工具,通過(guò)理論分析和Fluent數(shù)值模擬的方式,對(duì)空化噴嘴的射流特性進(jìn)行分析,揭示了振蕩腔內(nèi)空化氣泡發(fā)展過(guò)程,并對(duì)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(duì)空化效果的影響進(jìn)行研究,最后進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)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(lái)源】：西安石油大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：71 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(lèi)空化的分類(lèi)方式有多種，根據(jù)空化氣泡的發(fā)生條件和動(dòng)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(lèi)型[43]：a.振蕩型空化這類(lèi)空化主要發(fā)生在液體不流動(dòng)的狀態(tài)下，通過(guò)放置一個(gè)物體在液體內(nèi)，并使其在液體中不斷運(yùn)動(dòng)，從而使得液體隨著運(yùn)動(dòng)物體而產(chǎn)生振動(dòng)形成壓力波動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)的幅度及頻率較大時(shí)，液體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生局部的低壓，當(dāng)壓力低于某一臨界值時(shí)，低壓區(qū)將會(huì)有氣核出現(xiàn)并長(zhǎng)大發(fā)生空化現(xiàn)象，同時(shí)由于物體的振動(dòng)促使空化氣泡的潰滅。b.游移型空化在流動(dòng)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(kāi)始生長(zhǎng)，當(dāng)流體流經(jīng)的區(qū)域壓力升高后，空化氣泡開(kāi)始收縮，直到完全潰滅。c.固定型空化這類(lèi)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，而在其交界面產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切效果，在某一層中由于速度較快而形成空化，常見(jiàn)的此類(lèi)空化如水翼空化。在產(chǎn)生空化后，隨著空化數(shù)的變化，會(huì)形成固定空化附著在固體壁面上，并隨著固體壁面移動(dòng)，最后逐步潰滅消失，在下一個(gè)周期內(nèi)又會(huì)重復(fù)產(chǎn)生。d.旋渦型空化這類(lèi)空化常見(jiàn)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(dòng)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(lèi)空化非常不穩(wěn)定，其空化特性隨旋渦強(qiáng)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(kuò)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(qiáng)，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(shí)，空泡將會(huì)膨脹生長(zhǎng)，反之則會(huì)收縮潰滅。在實(shí)際上來(lái)說(shuō)，空泡中的氣體除了水蒸氣以外，一般還會(huì)含有原本溶于水體中的可溶性氣體，此時(shí)的平衡方程將改寫(xiě)為：2vgpppR（2-5）式中：gp為空泡內(nèi)氣體的分壓強(qiáng)，Pa。當(dāng)空泡的半徑R開(kāi)始變化時(shí)，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(jìn)行變化時(shí)，為g3NTpR(2-6)（2）當(dāng)R進(jìn)行快速變化時(shí)，按照理想氣體等溫過(guò)程，為00300ggg3VRpppVR(2-7)（3）當(dāng)R的變化較為遲緩時(shí)，按照理想氣體絕熱過(guò)程，為00300gggVRpppVR(2-8)上三式中：T為空泡內(nèi)的絕對(duì)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(qiáng)、半徑和體積；gp、R、V分別為變化中空泡的氣體分壓強(qiáng)、半徑和體積；為空泡內(nèi)氣體的絕熱系數(shù)。

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