本文關(guān)鍵詞：井下渦輪鉆具渦輪葉片造型及優(yōu)化研究

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【摘要】：石油開采過程中,渦輪鉆具作為動(dòng)力單元在各種先進(jìn)鉆采設(shè)備和工具中得到了廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展。本文說明了渦輪鉆具的常見型式與特征,闡述了渦輪鉆具的輸出特性,并參考現(xiàn)有渦輪鉆具確定了所設(shè)計(jì)渦輪鉆具渦輪的結(jié)構(gòu)模型及參數(shù)計(jì)算方法。渦輪鉆具的主要部件是渦輪定、轉(zhuǎn)子,作為渦輪鉆具的基本動(dòng)力單元,它們的主要作用是將流體的水力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。渦輪葉片作為決定渦輪性能的核心部件,對(duì)其造型設(shè)計(jì)是非常重要的。渦輪葉片的表面為自由曲面,現(xiàn)有渦輪鉆具葉片設(shè)計(jì)方法存在效率低,使用性能差的缺點(diǎn)。為了提高渦輪葉片的設(shè)計(jì)效率及其水力性能,以?172mm渦輪鉆具為對(duì)象,在查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,綜合分析現(xiàn)有的渦輪葉片造型方法,確定選用五次多項(xiàng)式作為葉片葉型的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,由此提出了一種滿足要求的渦輪葉片參數(shù)化模型。借助于數(shù)學(xué)工具M(jìn)ATLAB求解得到渦輪葉片葉型方程,然后基于UG創(chuàng)建渦輪葉片及定、轉(zhuǎn)子的三維模型,結(jié)合NX Flow對(duì)模型的水力性能進(jìn)行CFD分析,得到了在額定流量條件下渦輪內(nèi)流場壓力和速度分布規(guī)律,對(duì)各工況條件下的渦輪葉片水力性能進(jìn)行分析,后與試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析對(duì)比,驗(yàn)證了本文渦輪葉片設(shè)計(jì)方法的有效性。通過CFD分析,很好的將不同工況下的渦輪鉆具水力性能展現(xiàn)了出來,對(duì)渦輪葉片的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)作用。
【關(guān)鍵詞】：渦輪鉆具 葉片 造型優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE921.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 緒論7-11
• 1.1 研究的目的及意義7
• 1.2 研究的背景及來源7-8
• 1.3 課題研究的現(xiàn)狀8-9
• 1.4 研究的技術(shù)路線及內(nèi)容9-11
• 第二章 渦輪鉆具概述11-19
• 2.1 井下動(dòng)力鉆具11-12
• 2.2 渦輪鉆具工作原理12-14
• 2.3 渦輪鉆具結(jié)構(gòu)及分類14-15
• 2.4 渦輪鉆具優(yōu)缺點(diǎn)15-16
• 2.5 渦輪鉆具理論特性16-17
• 2.6 渦輪鉆具能量損失17-18
• 2.7 本章小結(jié)18-19
• 第三章 渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19-24
• 3.1 渦輪鉆具性能參數(shù)19
• 3.2 定轉(zhuǎn)子幾何尺寸的確定19-22
• 3.3 渦輪定轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)圖22-23
• 3.4 本章小結(jié)23-24
• 第四章 渦輪葉柵及葉片計(jì)算24-35
• 4.1 渦輪葉片設(shè)計(jì)流程24
• 4.2 渦輪葉柵流動(dòng)理論24-25
• 4.3 渦輪葉柵流動(dòng)模型25
• 4.4 渦輪葉柵流動(dòng)分析25-27
• 4.5 渦輪葉柵參數(shù)設(shè)計(jì)27-32
• 4.5.1 渦輪葉柵參數(shù)27-30
• 4.5.2 渦輪葉柵液流角設(shè)計(jì)30-32
• 4.6 渦輪葉片幾何參數(shù)確定32-34
• 4.7 本章小結(jié)34-35
• 第五章 渦輪葉片造型及建模35-49
• 5.1 渦輪葉片葉型結(jié)構(gòu)35-36
• 5.2 渦輪葉片葉型設(shè)計(jì)要求36
• 5.3 渦輪葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)流程36
• 5.4 渦輪葉片造型方法36-39
• 5.4.1 葉型參數(shù)化設(shè)計(jì)方法37-38
• 5.4.2 葉型的多項(xiàng)式擬合38-39
• 5.5 葉片型線方程求解39-41
• 5.6 基于MATLAB實(shí)現(xiàn)葉型設(shè)計(jì)41-43
• 5.7 渦輪葉片及定轉(zhuǎn)子建模43-48
• 5.8 渦輪葉片制造材料要求48
• 5.9 本章小結(jié)48-49
• 第六章 基于NX渦輪葉片水力性能分析49-64
• 6.1 UG NX概述49
• 6.2 CFD模型的建立49-50
• 6.3 模型的離散化50-51
• 6.4 數(shù)值計(jì)算方程51-52
• 6.5 邊界條件設(shè)置52
• 6.6 數(shù)值模擬步驟進(jìn)程52-56
• 6.7 流場模擬結(jié)果分析56-59
• 6.8 模擬值與試驗(yàn)值對(duì)比59-63
• 6.9 本章小結(jié)63-64
• 第七章 總結(jié)與展望64-65
• 7.1 課題的總結(jié)64
• 7.2 課題的展望64-65
• 致謝65-66
• 參考文獻(xiàn)66-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文68-69

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：778539