基于CFD的节流阀防刺短节的流场分析

《基于CFD的节流阀防刺短节的流场分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、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

2、套、短接衬套和短接合金头均采用图3防刺短节的网格模型及进出口端模型示意图硬质合金材料。钻井液通过节流阀后，经短接衬套到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

3、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

4、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，使用四面体混合网格，人口、出口和楔形面进行网格细化，划分后的网图4防刺短节内流场速度流线图和压力云图格如图3所示。4．3边界条件为了进一步分

5、析选取短节中流体的速度剖面为人口采用质量流人口边界，设定节流阀人口质量对象，从图5中可以看出，左右两侧壁面处于对称形流量为36kg／s，密度为P=1800kg／m，=0．02Pa·式布置，在此选择左侧壁面上的三条竖直线￡：、￡，s_4J。出口采用压力出口边界，设定出口背压为0Pa。和弧面上的一条弧线厶来研究速度的变化情况，探．2．．研夯与分析·机械研究与应用·寻流速对短节冲蚀作用的影响。、的速度图得知在流量一定的情况下，过流面积越小，速度越大，与流体力学控制方程一致。6结语(1)由防刺短节节流阀的压降曲线走向和实际工作环境基本一致，压差和速度差几乎为0，这说明流体经过防刺短节后理论值

6、符合实际情况。(2)从防刺短节的结构可以看出，当流道内环形空间增大，可以降低速度造成的冲蚀，但流场流线复杂，出现了很多漩涡，可能会产生振动和噪声。图5取剖面上4条速度直线(3)根据控制方程，在最大速度和最大压强同时存在的情况下，流体对短节合金头的冲击较小，基本不会造成对短节本体的失效。从防刺短节在现场应用情况来看，还没有失效的案例。防刺短节腔体内流速较低，短接合金头没有必要采用硬质合金材料，本文建议，该零件采用普通碳钢材料，对其表面进行特殊硬化处理即可，这样可以极大的降低成本。图6与图5对应的4条直线上的速度分布图参考文献：[1]陶文铨．数值传热学[M]．西安：西安交通大学出版社，2

7、001．从图6可看出速度线中的速度值由小增大然[2]BAIL，MITRANK，FIEBIGM．ComputationOfunsteady3Dturbu—后变小，最大冲击速度发生在合金头弧面最上部，由lentflowandtorquetransmissioninfluidcouplings[C]．Fourteenth于出口端的截面积由小变大且最终流出时出口端的Internationalconferenceoilnumericalmethodsinfluidd