涡轮钻具叶栅水力性能仿真优化技术研究

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1、涡轮钻具叶栅水力性能仿真优化技术研究TotalNo.161L冶LFFebruary2007METALLURG金ICA设LEQ备UIPMENT2007善鸳2辨1期年刀第期涡轮钻具叶栅水力性能仿真优化技术研究刘孝光①潘培道胡昌军（池州师专机电工程系安徽池州247000）摘要朿流理论设计的涡轮钻具叶栅叶片，往往达不到预期的性能指标•采用实体建模,CFD前置处理器等工具真实，准确地建立涡轮定，转子的单周期跨叶片流道计算模型，对其内流场进行CFD仿真模拟.根据速度场分布情况进行叶型优化，同时模拟出优化设计后的涡轮在不同转速下的输出特性，并与实验数据进行对比，证明了应用CFD

2、技术对涡轮钻具叶栅内流场模拟分析的有效性，准确性,为涡轮钻具水力性能预测，叶栅结构优化提供了一种有力技术手段.关键词涡轮钻具单周期跨叶片流道流场仿真叶型优化性能预测中图分类号TG711TE921文献标识码ATheStudyofNumericalSimulationandOptimizeforTurbineDrillHydrodynamicPerformanceLiuXiaoguangPanPeidaoHuChan〜un(MechanicalandElectricalEngineeringDept.ofChiZhouteacherscollege)ABSTRACTT

3、hebladesofturbinedrillwhichdesignedbyone.dimensionfloWtheorywouldoftennotachieveanticipatedperformance.Inthispaper,onesingle一periodicflowpathoftheturbineCFDmodelwhichdesignedbyone.dimensionflowtheoryissetupaccuratelyeandtheinternalflowfieldissimulationbyCFDtechnology,thenoptimizedtheb

4、ladesaccordingtothevelocityfield.Underdifferentrotationalspeed,thesimulationdeferentperform一anceofoptimizedturbinedrillarecomparedwiththeexperimentaldata.IthasproventhattheCFDtechnologyisva'lidityandveracityforthesimulationflowofturbinedrill.Soitshouldofferastrongtechnologicalmeansfor

5、predictingdeferentperformanceandbladesoptimizingofturbinedril1.KEYWORDSTurbinedrillSingleperiodicflow.pathFlowfieldnumericalsimulationBladeoptimizePerformaneeprediction涡轮钻具是一种广泛使用的井下动力钻具之一,它可以大幅度提高钻井质量和速度，缩短建井周期，降低钻井成本,这也是近年来国内外涡轮钻井技术蓬勃发展的主要原因.涡轮钻具中最主要的工作元件是涡轮定子和转子，涡轮钻具的输出特性主要取决于涡轮定,转

6、子叶栅的水力性能•在涡轮钻具设计中，涡轮叶栅的叶型设计是关键，涡轮叶栅内流体流动为紊流流动，紊流是一种高度复杂的非稳态流动，具有很强的随机性，非恒定性，并口无一例外的都是三维问题，传统的涡轮叶型设计采用束流理论,即将紊流问题简化为一维或二维流动，只能反映流体作用的宏观效果,如力矩，能耗等，而不能正确反映影响这种宏观效果的微①作者简介汶Q孝光，男,1974年出生，毕业于长江大学机械工程学院，硕士学历，讲师，研究方向为流体机械设计及理论21—总第161期冶金设备2007年2月第1期观原因，如流道中速度分布，压力分布等.所以按这种理论设计出来的叶型，往往叶片脱流严重，流

7、动损失大，叶栅效率不高,达不到预期的性能指标」儿CFD（计算流体力学）技术作为流体力学研究中的一门新兴分支，是近代流体力学,数值数学和计算机科学结合的产物,CFD的应用改变了传统的设计过程，它将传统设计的大循环过程转变为方案设计带有预测性质的优化，校验循环（优化，验证循环），在很大程度上替代了耗资巨大的流体动力学实验设备,在科学研究和工程技术中产生巨大的影响.应用CFD技术可对涡轮钻具内流场的速度和压力分布进行细致的研究，为涡轮钻具性能参数的预测分析，叶栅优化设计从而提高水力性能提供一种新的科学方法，具有重要的现实意义和工程应用价值.1CFD计算模型及其边界条件的

8、建立涡轮钻