分流孑L直径对射流式液动锤性能的影响.PDFVIP

第37卷第4期 北京工业大学学报 V01．37No．4 2011年4月 JOURNALOFBEIJINGUNlVERSITYOFTECHNOLOGY Apr．2011 分流孑L直径对射流式液动锤性能的影响 彭枧明1’2…，王 维1’2’3，殷其雷1’2’3，柳鹤1’2’3，呼 咏4，赵志强1’2·3 fluid dynamics)动态分析技术， 摘要：为了对射流式液动锤内分流结构进行优化设计，应用CFD(computational 研究了分流孔直径对射流式液动锤冲击性能参数和射流元件喷嘴处过流断面平均流速的影响，并进行了实验验 证．结果表明：不同分流孔直径条件下，冲击功理论计算值与实测值最大相对误差不大于10％，冲击频率理论计 算值与实测值最大相对误差小于11．5％；冲击功随着分流孔直径的增大近似以抛物线形式下降；冲击频率和射 流元件喷嘴处过流断面平均流速随着分流孔直径的增大近似呈线性下降趋势．该研究解决了此前在设计阶段 无法计算分流条件下液动锤性能参数和射流元件喷嘴处平均流速大小的问题，可为油气钻井用射流式液动锤内 分流结构的优化设计提供参考． 关键词：分流孔直径；射流式液动锤；冲击性能；射流元件喷嘴处平均流速；CFD动态分析 242．7 中图分类号：TE 文献标志码：A 文章编号：0254—0037(2011)04—0501—06 射流式液动锤为我国独创的一种液动潜孔锤，具有结构简单、深孔高围压适应性强等优点¨4o，在油 气钻井领域可提高30％以上的效率，但射流元件受泥浆冲蚀而过早失效问题急待解决∞。81．由于冲蚀速 低射流元件内流速．尽管对无分流结构的液动锤已有深入研究¨0’…，亦开展了以外部分流代替内部真实 分流结构的模拟实验。121，但此前在设计阶段，无法计算分流喷嘴直径对液动锤性能和射流元件喷嘴处平 均流速大小的影响，只能大概估计． fluid dynamics)动态分析技术¨…，研究了分流喷嘴直径大小对射流式液 本文应用CFD(computational 动锤性能和射流元件喷嘴处平均流速的影响规律，理论预测值与实测值吻合较好，可为油气钻井用射流式 液动锤内分流结构的优化设计提供参考． 1 数值模拟 为便于进行实验验证，数值模拟以直径为71mm的SC71B型射流式液动锤为研究对象． 1．1基本控制方程 射流式液动锤内的液体可视为不可压缩流体，受到的体积力可以忽略，工作过程中不与外界发生热交 换，遵循不可压缩流体运动的一般规律，即满足不可压缩流体的连续性方程和动量方程¨4】． 连续性方程为 VV：o，即罢+罢+辈：0 (1) d茹 oy az 动量方程组为 收稿日期：2009·09—03． 0029)． 作者简介：彭枧明(1975一)，男，江西贵溪人，副教授． 10(p广u)+V(p㈣=V(pgradH)塞 【2) 等“(pvV)“(*gradn詈 13) 掣+V(pwV)“(pgra…害 (4) 式(1)一(4)中，V为速度*量；H，P和w分别为速度矢俞Vn·z、y和：^m的分龟护为液体街崖；p为动 力黏度．p为Jl、强 12目橹樟型 建盘r分流喷嘴直径分别为2、3，4，5、6mm时液 动锤内流悼域的网格模型．这5个网；|舟模型在分洫结 构处有所l*别，其他部位相匍同格模型充分考虑r 捕捉流场特征的需要，在流场叁埘梯度较大区域和厦