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《吉林大学》 2011年
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井下发电机涡轮流场研究

曲海乐  
【摘要】:本文简述了定向钻井的重要意义,介绍了MWD、LWD系统应用于定向钻井等钻进系统对油气资源采集的积极意义。结合连续波泥浆脉冲随钻测井系统对井下发电机的涡轮部件进行了深入研究,提出了“鱼”型叶片的二维叶片轮廓设计理论和三维建模方法,进行了CFD三维紊流流场分析,完成了涡轮结构优化和工作特性仿真研究,指出了涡轮的流场特性。进行了涡轮发电机地面实验研究,指出了实际涡轮发电机的工作特性。具体研究内容如下: (1)对随钻测井系统的特点、常见的井下信号传输方式进行了介绍,详细介绍了泥浆脉冲信号传输方式,重点介绍了井下供电电源—涡轮发电机的特点和应用情况,说明了涡轮发电机结构布局和发电原理,指出了对发电机的能量转化部件—涡轮进行优化研究,改善其水力性能对于提高发电机的发电效率具有重要意义。通过深入的学习,提出了具有实际意义的研究方法。 (2)对涡轮的工作环境、材料、叶片结构形式进行了对比说明,提出了一种“鱼”型叶片轮廓形式。采用三维工程建模软件Pro/E实现了涡轮建模,完成了对涡轮和导轮叶栅全流道模型的准确提取。 (3)介绍了涡轮工作特性理论,了解了涡轮的工作特点。详细介绍了用于流场仿真分析的工程软件FLUENT的基本求解思想—CFD数学理论,并对软件求解轴流式叶轮机械问题的具体求解方式进行了说明。重点对涡轮流场进行了数值仿真研究,通过研究不同叶片参数的涡轮模型的的流场特性优化了涡轮叶片结构,改善了涡轮流场特性,通过对流量、转速进行仿真研究,指出了涡轮流场的工作特性。 (4)根据井下涡轮发电机的工作情况和相关标准在地面进行了涡轮发电机单向水力实验,完成了涡轮发电机的外特性研究工作。即研究发电机功率随泥浆泵排量、涡轮转速、工作负载的变化所表现出的具体特点。并将实验结果与分析结果进行对比,验证数值分析结论的正确性。 通过论文的研究工作,掌握了涡轮模型的建模方法和应用CFD理论及运用流场分析软件完成叶轮流场数值模拟分析的方法,以及对于解的后处理的做法等。提出了优化涡轮结构的具体做法,完成了涡轮发电机地面水力实验,了解了涡轮的工作参数对发电机功率的影响。本文的研究成果对于有关轴流机械中叶轮的研究提供了指导作用。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM301

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