基于fluent油井井下发电机叶轮仿真设计

《基于fluent油井井下发电机叶轮仿真设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、学兔兔www.xuetutu.com第3期(总第166期)机械工程与自动化NO．32011年6月MECHANICALENGINEERING＆AUTOMAT10NJun．文章编号：1672—6413(2011)03—0019—03基于Fluent的油井井下发电机叶轮的仿真设计张关武，樊军，董平(新疆大学机械工程学院，新疆乌鲁木齐830047)摘要：叶轮是叶片式机械中直接进行能量转换的部件，是叶片式流体机械的心脏，合理的叶片形状对叶轮的水力性能、空蚀性能、工作稳定性能及适应井下工作状况的能力有着直接的影响。根据石油井下特殊情况，引入了发电叶轮的设计模型，生成3种不同叶形的叶轮，并利用Flu

2、ent软件对3种叶轮进行对比分析，获得水力性能最优的叶轮。关键词：井下发电机叶轮；Fluent；湍流模型；仿真设计中图分类号：TM31：TP391．9文献标识码：A0引言其中：／"t为比转速；rt。为叶轮的单位转速；Q。为单位油井井下抽油时，需要及时完成井下智能开关的流量；'rl为叶轮的运行效率。关或闭，完成以上动作需足够的动力支持。目前主要(2)要有合理的叶片数、叶片长度和叶片形状，的做法是：①在井下牵人电缆为智能开关提供动力，要尽可能地减小叶轮的空蚀系数，引入的模型为：由于油井通常深数百米，牵人电缆的方法极为不便，K一一QllHB。此外还要为电缆提供相应的通道，这不仅增加了施工难度

3、，还提高了钻井成本；②通过电池为智能开关提其中：为流体冲击叶片时叶片上所受的弯曲应力；K供动力，这种方法目前应用较多，是当前解决智能开为空蚀系数；日为使用水头；B为叶轮叶片翼展长；Z为关动力问题的主要方法。对油井抽油而言，电池供能叶轮叶片数；L为叶片长度；6为叶片厚度。不存在技术问题，比较容易实现，这种方法的难点在根据以上模型，对叶轮的各项参数进行设置于电池不能为智能开关提供足够的持续的动力，电池(见表1)，并利用UG软件进行仿真设计。性能的好坏决定智能开关的工作状态。随着科学技术表1叶轮参数表的不断发展，产生了第3种供能方式，即在井下安装参数叶轮直径叶轮宽叶片长叶片宽叶片厚度叶片数微

4、小型发电设备，对电池进行周期性充电，从而实现叶轮l363425321O6电池的持续供电，保证智能开关及时地关或闭。在叶叶轮23634203256片式发电设备中，叶轮的水力性能、空蚀性能、工作叶轮33634l6．5324．56稳定性能及适应井下工作状况的能力直接影响机组的2Fluent软件仿真工作性能，本文通过建立相关模型，生成3种不同叶2．1Fluent分析理论形的叶轮，并利用Fluent软件对叶轮进行流场的模拟在三维湍流数值模拟方法中，叶轮的三维湍流数分析，选出符合设计模型的叶轮。值模拟有两种方法：①直接数值模拟(DNS)，可以1建立油井井下高压狭小空间下的叶轮设计模型得到相对准确的

5、结果，但采用该方法计算量太大，耗井下空间狭小，流体压力大，需要根据井下的这时多；②Reynods平均法，不直接求解瞬时的些特点建立较合适的设计模型。Navier—S方程，而是设法将瞬态脉动量的影响通过(1)为了有较高的比转速，引入的模型为：某种模型的时均化方程体现出来，这样做不仅可以避=3．13n。免DNS方法计算量太大的问题，而且能很好地满足爿÷新疆大学校基金资助项目(10650103000720)收稿日期：2010—12—16；修回日期：201I02．15作者简介：关武(1984-)，男，甘肃白银人，在读硕士研究生，研究方向：CAD／CAM／CAE及先进制造技术。学兔兔www.xu

6、etutu.com学兔兔www.xuetutu.com2011年第6期机械工程与自动化·2l·4结论行了油井井下多种发电机叶轮对比仿真分析，可得出本文引入叶轮设计模型，基于Fluent的N—s方以下结论：程和标准的K—epsilon湍流模型，用SIMPLE算法进LL(a)叶轮1(b)叶轮2(c)叶轮3图3压力面等压分布图(1)从叶轮整体的受力情况来看，在流体入口变的情况，这对叶轮的空蚀和水力的冲击状况很有利。处，叶轮叶片受力较大，流体出口受力较小，叶轮内～参考文献：[1]吴玉林，刘树红，钱忠东．水力机械计算流体动力学部存在明显的低压区，叶片外围是高压区，内部压力[M]．北京：中国水利水

7、电出版社，2007．较小，在吸力面存在负压区。当叶片转至水平位置[2]罗兴琦，梁武科，陈乃祥，等．水轮机转轮的优化设计方时，压力面和吸力面压力相差较大，且在吸力面产生法及其应用[J]．水力学报，1995(10)：32—37．负压区，在该区域易造成空蚀。[3]吴玉林，唐学林，刘树红，等．水力机械空化和固液两相(2)从整个设计分析过程和结果来看，不管何流体动力学[M]．北京：中国水利水电出版社，2007．[4]韩占忠，王敬，兰小平．FLUENT流体