基于CFD的節(jié)流閥防刺短節(jié)的流場(chǎng)分析

《基于CFD的節(jié)流閥防刺短節(jié)的流場(chǎng)分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、研究與分析·機(jī)械研究與應(yīng)用·。=％ok／8(4)壁面采用無(wú)滑移條件，近壁采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)條件。式中：Ip為流體密度，kg／m；p為壓力，Pa；為流體的研究表明，經(jīng)壓縮性修正的RNGk-6模型對(duì)閥門(mén)的速度矢量，m／s；叼為湍流粘性系數(shù)，kg／(m～)；8為模擬結(jié)果比k-8模型更接近于實(shí)際狀況，因此，選用耗散率，m。／s；后為湍流動(dòng)能，m。／s。。RNGk-e兩方程湍流模型。標(biāo)準(zhǔn)一8方程中的相關(guān)常數(shù)為：C=0．09，C=1．44，C2=1．92，1=1，2=1．3。3防刺短節(jié)介紹防刺短節(jié)的結(jié)構(gòu)及安裝位置如圖2所示。其主要有本體、法蘭、短接襯套和短接合金頭等零件組成，出口閥芯、閥座、閥座襯

2、套、短接襯套和短接合金頭均采用圖3防刺短節(jié)的網(wǎng)格模型及進(jìn)出口端模型示意圖硬質(zhì)合金材料。鉆井液通過(guò)節(jié)流閥后，經(jīng)短接襯套到達(dá)突然劇變的本體內(nèi)腔，流向半球形的短接合金頭頭部后改變方向，最后由短接合金頭外圓柱面上的孑L隙5仿真結(jié)果[總并由出口流出。防刺短節(jié)能消耗對(duì)下游部件的為了盡可能客觀的描述流體對(duì)防刺短節(jié)沖蝕的大部分的沖擊能量并且使流動(dòng)阻力變大。影響，下面將針對(duì)防刺短節(jié)內(nèi)流場(chǎng)速度及壓力變化分析結(jié)果進(jìn)行討論。圖4為防刺短節(jié)對(duì)稱(chēng)面剖面上的速度流線圖和壓力云圖。從速度流線圖可以看出，短節(jié)內(nèi)部(即過(guò)節(jié)流閥流面積較大的地方)的流體中存在明顯的渦流，而且流線復(fù)雜，高速流體主要集中在出口端與人口端過(guò)流面

3、積變化較小處，最大壓力發(fā)生在防刺本體頂部弧面防刺短節(jié)位置，最大值為1．393MPa。整個(gè)流場(chǎng)最大速度為16．36m／s，在流體進(jìn)入防刺短節(jié)之后，從防刺短節(jié)出口端可明顯看出速度由大變小再變大的趨勢(shì)，由出口CFD分析的結(jié)果可以得到，人口平均速度為l4．25圖2防刺短節(jié)安裝位置及短節(jié)合金頭m／s，出口平均速度為13．28m／s，而且在流體經(jīng)過(guò)短節(jié)的時(shí)候存在負(fù)壓，證明有渦流產(chǎn)生，短節(jié)處左邊處4流場(chǎng)模型的建立來(lái)流速度較大，且流量比較集中，經(jīng)過(guò)出口的壓強(qiáng)明4．1計(jì)算假設(shè)顯下降，人口平均壓強(qiáng)為0．3MPa，出口平均壓強(qiáng)節(jié)流閥防刺短節(jié)流場(chǎng)是流體機(jī)械中比較復(fù)雜的547．3Pa，故進(jìn)出口速度差壓強(qiáng)差都為

4、0．293MPa，和流動(dòng)之一，屬于黏性、不可壓縮的三維不穩(wěn)定流動(dòng)，但實(shí)際邊界條件相符。仍滿足基本控制方程，包括質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒方程J。根據(jù)節(jié)流閥的特點(diǎn)，做以下簡(jiǎn)化：①計(jì)算中不考慮流體所受重力的影響；②假定流場(chǎng)系統(tǒng)為絕熱系統(tǒng)，即與外界無(wú)熱交換，計(jì)算過(guò)程不考慮能量方程；③不考慮巖屑對(duì)流場(chǎng)的影響，假定為單相流。4．2網(wǎng)格處理網(wǎng)格質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到流場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果的正確性，從計(jì)算效率、計(jì)算精度和網(wǎng)格劃分的難易出發(fā)，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法，使用四面體混合網(wǎng)格，人口、出口和楔形面進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，劃分后的網(wǎng)圖4防刺短節(jié)內(nèi)流場(chǎng)速度流線圖和壓力云圖格如圖3所示。4．3邊界條件為了進(jìn)一步分

5、析選取短節(jié)中流體的速度剖面為人口采用質(zhì)量流人口邊界，設(shè)定節(jié)流閥人口質(zhì)量對(duì)象，從圖5中可以看出，左右兩側(cè)壁面處于對(duì)稱(chēng)形流量為36kg／s，密度為P=1800kg／m，=0．02Pa·式布置，在此選擇左側(cè)壁面上的三條豎直線￡：、￡，s_4J。出口采用壓力出口邊界，設(shè)定出口背壓為0Pa。和弧面上的一條弧線厶來(lái)研究速度的變化情況，探．2．．研夯與分析·機(jī)械研究與應(yīng)用·尋流速對(duì)短節(jié)沖蝕作用的影響。、的速度圖得知在流量一定的情況下，過(guò)流面積越小，速度越大，與流體力學(xué)控制方程一致。6結(jié)語(yǔ)(1)由防刺短節(jié)節(jié)流閥的壓降曲線走向和實(shí)際工作環(huán)境基本一致，壓差和速度差幾乎為0，這說(shuō)明流體經(jīng)過(guò)防刺短節(jié)后理論值

6、符合實(shí)際情況。(2)從防刺短節(jié)的結(jié)構(gòu)可以看出，當(dāng)流道內(nèi)環(huán)形空間增大，可以降低速度造成的沖蝕，但流場(chǎng)流線復(fù)雜，出現(xiàn)了很多漩渦，可能會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。圖5取剖面上4條速度直線(3)根據(jù)控制方程，在最大速度和最大壓強(qiáng)同時(shí)存在的情況下，流體對(duì)短節(jié)合金頭的沖擊較小，基本不會(huì)造成對(duì)短節(jié)本體的失效。從防刺短節(jié)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況來(lái)看，還沒(méi)有失效的案例。防刺短節(jié)腔體內(nèi)流速較低，短接合金頭沒(méi)有必要采用硬質(zhì)合金材料，本文建議，該零件采用普通碳鋼材料，對(duì)其表面進(jìn)行特殊硬化處理即可，這樣可以極大的降低成本。圖6與圖5對(duì)應(yīng)的4條直線上的速度分布圖參考文獻(xiàn)：[1]陶文銓?zhuān)當(dāng)?shù)值傳熱學(xué)[M]．西安：西安交通大學(xué)出版社，2

7、001．從圖6可看出速度線中的速度值由小增大然[2]BAIL，MITRANK，F(xiàn)IEBIGM．ComputationOfunsteady3Dturbu—后變小，最大沖擊速度發(fā)生在合金頭弧面最上部，由lentflowandtorquetransmissioninfluidcouplings[C]．Fourteenth于出口端的截面積由小變大且最終流出時(shí)出口端的Internationalconferenceoilnumericalmethodsinfluidd