本文關(guān)鍵詞：高壓籠套式節(jié)流閥閥芯結(jié)構(gòu)研究與優(yōu)化分析

  更多相關(guān)文章： 籠套式節(jié)流閥閥芯 連續(xù)單相流 氣固兩相流 沖蝕磨損

【摘要】：高壓節(jié)流閥作為天然氣井開采中不可或缺的裝置之一,在現(xiàn)場安全生產(chǎn)中起著重要作用。氣井現(xiàn)場常采用一種特殊的專用裝置—籠套式節(jié)流閥(俗稱“油嘴”)來作為節(jié)流降壓的工具,以此來平衡井底高壓與管道允許承受壓力值間的壓差,這就決定了節(jié)流閥應(yīng)該具有高性能、高安全、高效率等特點。但在現(xiàn)場開采過程中,由于高壓差、高速度氣流的湍流擾動,以及由此伴隨著不同程度的高能量固體顆粒等雜質(zhì),將會引起閥芯振動以及籠套小孔的沖蝕破壞。這些都嚴(yán)重制約著油氣田安全生產(chǎn),影響生產(chǎn)效率,并且增加生產(chǎn)成本。本文所設(shè)計研究的籠套式節(jié)流閥閥芯結(jié)構(gòu),其主要材質(zhì)為硬質(zhì)合金,通過對其在不同結(jié)構(gòu)下連續(xù)單相流和氣固兩相流有限元分析,研究其對節(jié)流閥內(nèi)部湍流流動、沖蝕磨損速率以及節(jié)流效果等的影響；并在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行閥芯結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與優(yōu)化分析,達(dá)到減弱湍流流動、降低沖蝕磨損速率的目的,提高閥芯使用壽命。本文主要從以下幾個方面開展研究工作：(1)以流體力學(xué)和高等工程熱力學(xué)為基礎(chǔ),運用小孔節(jié)流理論建立了單個節(jié)流小孔一維定常可壓縮流動方程,探討了可壓縮流體密度、流體速度、截面積與壓力之間的相互關(guān)系,并分析了節(jié)流壓差與小孔直徑、長度之間影響關(guān)系以及小孔絕熱節(jié)流過程與能量損失過程。然后,對閥芯小孔結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行設(shè)計和閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計。(2)通過對不同閥芯結(jié)構(gòu)下連續(xù)單相流仿真計算,研究了閥芯籠套小孔安裝方位角、閥芯開度、小孔數(shù)量、直徑以及長度等,對節(jié)流閥內(nèi)部湍流流動、壓力、速度、密度、馬赫數(shù)、激波以及最終節(jié)流效果的影響。(3)基于連續(xù)單相流動仿真結(jié)果與氣固兩相流動特點,采用拉格朗日離散相模型和沖蝕磨損模型,研究了不同閥芯結(jié)構(gòu)下,粒子的運動軌跡以及沖蝕磨損速率的影響規(guī)律,獲得了閥芯沖蝕磨損嚴(yán)重區(qū)域。(4)根據(jù)節(jié)流閥內(nèi)連續(xù)單相流動速度分布、湍流流動以及氣固兩相流粒子沖蝕磨損情況,對節(jié)流閥閥芯進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)與優(yōu)化。采用曲線擬合技術(shù),分析沖蝕磨損速率與閥芯結(jié)構(gòu)影響關(guān)系,提出在閥芯小孔入口處作45°倒角處理。(5)二級節(jié)流結(jié)構(gòu)的設(shè)計與應(yīng)用。通過對比兩種閥芯底座小孔結(jié)構(gòu)的數(shù)值結(jié)果分析,證明了底座小孔較小,二級節(jié)流效果越好,而且減弱了閥腔內(nèi)湍流波動,將閥芯小孔的徑向超音速氣流轉(zhuǎn)化為底座小孔軸向超音速氣流,將閥芯小孔局部沖蝕磨損轉(zhuǎn)化為底座面磨損,提高閥芯使用安全性能,延長使用壽命。
【關(guān)鍵詞】：籠套式節(jié)流閥閥芯 連續(xù)單相流 氣固兩相流 沖蝕磨損
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE937
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 課題研究背景、目的及意義8-11
• 1.2 節(jié)流閥國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 節(jié)流閥國外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 節(jié)流閥國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本論文的主要研究內(nèi)容和方法14-15
• 1.4 本章小結(jié)15-16
• 第2章 小孔節(jié)流理論及結(jié)構(gòu)設(shè)計16-37
• 2.1 小孔節(jié)流基本原理16-27
• 2.1.1 一維定�？蓧嚎s流動方程16-20
• 2.1.2 小孔節(jié)流理論20-21
• 2.1.3 小孔節(jié)流壓差影響因素21-27
• 2.2 小孔絕熱節(jié)流過程27-28
• 2.3 小孔節(jié)流能量損失28-29
• 2.4 小孔節(jié)流對馬赫數(shù)及激波的影響29-30
• 2.4.1 小孔節(jié)流對馬赫數(shù)影響29-30
• 2.4.2 小孔節(jié)流對激波影響30
• 2.5 籠套式節(jié)流閥結(jié)構(gòu)設(shè)計30-36
• 2.5.1 閥芯小孔結(jié)構(gòu)設(shè)計30-35
• 2.5.2 閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計35-36
• 2.6 本章小結(jié)36-37
• 第3章 籠套式節(jié)流閥不同閥芯結(jié)構(gòu)流場分析37-68
• 3.1 引言37
• 3.2 節(jié)流閥數(shù)值分析理論37-45
• 3.2.1 流體控制方程37-39
• 3.2.2 湍流模型建立39-41
• 3.2.3 物理模型建立41-42
• 3.2.4 模型網(wǎng)格生成42-44
• 3.2.5 邊界條件44
• 3.2.6 網(wǎng)格無關(guān)性驗證44-45
• 3.3 計算結(jié)果及分析45-58
• 3.3.1 不同閥芯安裝角度的影響45-54
• 3.3.2 不同閥芯開度的影響54-58
• 3.4 不同結(jié)構(gòu)下的流場分析58-67
• 3.4.1 增加小孔直徑58-64
• 3.4.2 增加小孔長度64-67
• 3.5 本章小結(jié)67-68
• 第4章 籠套式節(jié)流閥不同閥芯結(jié)構(gòu)沖蝕磨損分析68-81
• 4.1 籠套式節(jié)流閥沖蝕磨損分析理論68-70
• 4.1.1 籠套式節(jié)流閥內(nèi)部流動特性68-70
• 4.2 兩相流模型選擇70-72
• 4.2.1 歐拉-歐拉方法70-71
• 4.2.2 歐拉-拉格朗日方法71-72
• 4.3 沖蝕磨損模型選擇72-73
• 4.4 材料設(shè)置及邊界條件73
• 4.5 閥芯沖蝕失效對比分析73-79
• 4.5.1 不同閥芯安裝方位角的影響74-77
• 4.5.2 不同閥芯節(jié)流開度的影響77-78
• 4.5.3 不同閥芯結(jié)構(gòu)下沖蝕磨損失效影響78-79
• 4.6 本章小結(jié)79-81
• 第5章 籠套式節(jié)流閥閥芯結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析81-89
• 5.1 優(yōu)化模型建立81-83
• 5.2 網(wǎng)格模型生成83
• 5.3 仿真結(jié)果分析83-88
• 5.4 本章小結(jié)88-89
• 第6章 論文結(jié)論與展望89-91
• 6.1 結(jié)論89-90
• 6.2 創(chuàng)新點90
• 6.3 展望90-91
• 致謝91-92
• 參考文獻(xiàn)92-95
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果95

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本文編號：849447