轴流式混输泵单个压缩级设计及内部流场的CFD模拟分析

论文摘要

随着工业化进程的不断深入，世界经济对石油、天然气等基础能源的依赖更加强烈。油气集输以成本较低，开发周期短，油气采用率高，受到广泛的关注和应用。油气混输泵作为油田中多相输送的主要动力设备，越来越受到人们的重视，成为当前多相输送研究的热点。压缩级作为混输泵的核心部件，它由动叶轮和静叶轮组成，动叶轮将能量传递给介质，提高单位介质的能量。静叶轮将介质的动能转化为压力能。压缩级是混输泵的基础单元，决定泵的效率和稳定性。设计高效稳定性能优良的混输泵，关键就在于研究压缩单元内部流场，找出两相介质在转轮内部流动规律，以此规律优化单元压缩级的设计，设计水力高效率的压缩级。本文介绍了油气混输泵在油田中的应用，以及在国内外的研究状况与发展趋势。结合轴流泵与轴流压缩机的设计理论，设计动叶转轮。采用Pro／E建立三维实体模型，利用ICEM对三维实体模型划分网格。运用FLUENT对模型进行计算模拟，分析模拟结果，做出压缩级性能图，确定转轮总体性能。分析流场，通过对流速、压力、总压的分布状况，掌握转轮内部流场情况，并针对流场的不足之处，进行修改完善。本次设计减小动叶安放角，增大动叶弦长，并且静叶轮采用长、中、短叶片的方式，有效的减小静叶流道内旋涡，减弱静叶流道内气液分离，提高了混输泵的效率。实验证明，混输泵的效率与含气率均有提高，设计优化成效显著，为以后设计提供有益的资料。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究油气混输泵的意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 我国油气混输泵技术的发展概况
• 1.3 两相流动规律的研究及处理方法
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 混输泵压缩级优化设计
• 2.1 设计参数
• 2.2 设计方法
• 2.2.1 轴流泵设计基本理论
• 2.2.2 轴流式压缩机设计基本理论
• 2.2.3 动叶轮设计基本方法及数据
• 2.3 建模
• 2.3.1 建模步骤
• 2.3.2 建模中应注意的问题
• 第3章 计算模型进行网格的划分
• 3.1 网格生成技术
• 3.2 网格生成软件ICEM-CFD
• 3.3 对模型的网格划分
• 第4章 数值模拟及气液两相流理论
• 4.1 数值模拟方法
• 4.2 两相流控制方程
• 4.2.1 动量方程
• 4.2.2 动量方程
• 4.2.3 能量方程
• 4.3 多相流模型
• 4.3.1 引言
• 4.3.2 VOF模型
• 4.3.3 Mixture模型
• 4.3.4 Eulerian模型
• 4.4 湍流简介
• 4.5 壁面函数法
• 4.6 可动区域中流动问题的求解
• 第5章 CFD计算模拟过程
• 5.1 引言
• 5.2 CFD软件的概述
• 5.3 CFD过程
• 5.3.1 建立控制方程
• 5.3.2 确定边界条件与初始条件
• 5.3.3 划分计算网格
• 5.3.4 建立离散方程
• 5.3.5 离散初始条件和边界条件
• 5.3.6 给定求解控制参数
• 5.3.7 求解离散方程
• 5.3.8 判断解的收敛性
• 5.3.9 显示和输出计算结果
• 第6章 CFD计算及结果分析
• 6.1 油气混输泵压缩级模拟参数
• 6.2 数值计算模型的选择
• 3/h）下转轮的模拟分析'>6.3 在设计流量（Q=95m³/h）下转轮的模拟分析
• 6.3.1 叶轮流动分析
• 6.3.2 叶轮压力分析
• 6.3.3 转轮流道内气相分布分析
• 6.3.4 密度分布分析
• 6.3.5 其它工况的模拟结果
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位间所发表的学术论文目录