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偏心环空中非定常流场数值模拟及PIV实验研究

贾泽琪  
【摘要】: 研究聚驱井产出液在抽油杆做轴向往复运动的井筒中的流动规律,对于聚驱抽油机工作参数优化,防止抽油杆偏磨,具有重要的工程实际意义。而聚驱井产出液在抽油杆做轴向往复运动的井筒中的流动就是非牛顿流体在偏心环空中的非定常流动。相对于定常流动问题,非定常流动无论在理论研究、实验研究还是数值计算研究等方面都还存在很多困难,成为流体力学中最具有挑战性的前沿研究热点之一。 本文针对此研究课题,首先利用PHOENICS软件,建立三维笛卡尔坐标系下的内管做轴向往复运动的偏心环空管道的物理模型;采用SIMPLEST流场数值计算法,应用有限体积法实现控制方程离散化,计算模型选取k ?ε两方程模型,近壁面采用壁面函数法来处理,时间离散方法采用双时间步隐式迭代推进法,实现对偏心环空流场的数值模拟计算;通过Tecplot、Sci和Origin等软件对数模数据进行后处理,得到了不同时刻和不同工况下幂律流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的速度分布;并分析了环空偏心距、内管冲程和冲次、聚合物溶液浓度对轴向速度分布的影响规律。然后为了验证这一数值求解的正确性,开展了PIV对幂律流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流场的测试,建立了一套可调偏心度、冲程和冲次的垂直环空管道装置。数值模拟结果与实验结果基本吻合,证明利用PHOENICS软件对非定常流场进行数值模拟是可靠的。 本文创新的提出将数值模拟和PIV技术相结合应用于偏心环空非定常流的研究是可行的,为以后非定常流的研究奠定了基础,本文实验结果对理论研究及现场应用有一定的参考价值。


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