旋转变径管内螺旋流相干结构的大涡模拟研究

旋转管式分离设备的主分离段一般为变径管结构,针对其内部螺旋流的研究主要集中在平均统计量的分布规律上,缺乏从流动结构角度的描述。本文采用大涡模拟方法对不同旋转条件下变径管内螺旋流开展数值模拟研究,分别以Q准则与基于SVD方法的POD分解法,对数值计算的速度场进行了分析。Q准则等值面显示,螺旋涡从大锥段开始发生破碎,旋转效应能够减弱外涡流区的漩涡强度;POD分解重构后脉动速度场显示,脉动速度场的1阶模态为主模态,包含了湍流的大部分能量,5阶模态之后的流动为由小尺度涡构成的复杂湍动结构。旋转效应抑制了径向涡,促进了轴向涡。从流场结构的角度而言,旋转效应对分离起到了积极的作用。     

气举柱塞外壁密封性能计算与分析

气举柱塞外壁的密封性能是决定气井井下排水采气工艺实施的关键。针对目前气举柱塞存在的气体窜流和液体漏失而影响排液效率问题,以典型柱塞外壁结构为基础,建立了柱塞在油管内举升的流场数值计算模型,对其外壁密封环槽结构的密封性能开展了数值模拟研究。结果表明:柱塞外壁环槽结构的不同槽形对柱塞排水采气的密封性能有显著影响,密封性能由高到低依次为:圆弧形槽、正直角梯形槽、矩形槽和反直角梯形槽。密封性能随着槽深的增加而增加,且出现增速放缓的趋势;随着槽宽的增加出现先增后减的趋势。同时开展了实验研究,实验结果与模拟结果相对误差低于12%,验证了模拟的可靠性。