基于CFD的节流阀防刺短节的流场分析.pdfVIP

研究与分析 · 机械研究与应用 · 。=％ok／8 (4) 壁面采用无滑移条件，近壁采用标准壁面函数条件。 式中：Ip为流体密度，kg／m ；p为压力，Pa；为流体的 研究表 明，经压缩性修正的RNGk-6模型对阀门的 速度矢量，m／s；叼为湍流粘性系数，kg／(m～)；8为 模拟结果比k-8模型更接近于实际状况，因此，选用 耗散率，m。／s；后为湍流动能，m。／s。。 RNGk-e两方程湍流模型。 标准 一8方程中的相关常数为：C=0．09，C= 1．44，C2=1．92， 1=1，2=1．3。 3 防刺短节介绍 防刺短节的结构及安装位置如图2所示。其主 要有本体、法兰、短接衬套和短接合金头等零件组成， 出口 阀芯、阀座、阀座衬套、短接衬套和短接合金头均采用 硬质合金材料。钻井液通过节流阀后，经短接衬套到 图3 防刺短节的网格模型及进出口端模型示意图 达突然剧变的本体内腔，流向半球形的短接合金头头 部后改变方向，最后由短接合金头外圆柱面上的孑L隙 5 仿真结果 [总并由出口流出。防刺短节能消耗对下游部件的 为了尽可能客观的描述流体对防刺短节冲蚀的 大部分的冲击能量并且使流动阻力变大。 影响，下面将针对防刺短节 内流场速度及压力变化分 析结果进行讨论。 图4为防刺短节对称面剖面上的速度流线图和 压力云图。从速度流线图可以看出，短节 内部(即过 节流阀 流面积较大的地方)的流体中存在明显的涡流，而且 流线复杂，高速流体主要集中在出口端与人 口端过流 面积变化较小处，最大压力发生在防刺本体顶部弧面 防刺短节 位置，最大值为 1．393MPa。整个流场最大速度为 16．36m／s，在流体进入防刺短节之后，从防刺短节出 口端可明显看出速度 由大变小再变大的趋势，由 出口 CFD分析的结果可以得到，人 口平均速度为 l4．25 图2 防刺短节安装位置及短节合金头 m／s，出口平均速度为 13．28m／s，而且在流体经过短 节的时候存在负压，证明有涡流产生，短节处左边处 4 流场模型的建立 来流速度较大，且流量比较集中，经过出口的压强明 4．1 计算假设 显下降，人 口平均压强为 0．3MPa，出 口平均压强 节流阀防刺短节流场是流体机械中比较复杂的 547．3Pa，故进出口速度差压强差都为0．293MPa，和 流动之一，属于黏性、不可压缩的三维不稳定流动，但 实际边界条件相符。 仍满足基本控制方程，包括质量守恒、动量守恒和能 量守恒方程 J。根据节流阀的特点，做 以下简化：① 计算中不考虑流体所受重力的影响；②假定流场系统 为绝热系统，即与外界无热交换，计算过程不考虑能 量方程 ；③不考虑岩屑对流场的影响，假定为单相流。 4．2 网格处理 网格质量的好坏直接关系到流场数值模拟结果 的正确性 ，从计算效率、计算精度和网格划分的难易 出发，采用非结构化网格划分方法，使用四面