基于ANSYS的進(jìn)料加速器的流場(chǎng)分析

0 引言

鉆井液處理離心機(jī)是一種臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過程中容易產(chǎn)生卸料堵塞、處理量不足、振動(dòng)大等問題，這些問題都限制了離心機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展。處理效率跟不上鉆井液的處理需求，使得井隊(duì)在鉆井過程當(dāng)中放棄離心機(jī)的使用，當(dāng)鉆井液固相顆粒含量過高時(shí)才會(huì)考慮用離心機(jī)去除一部分固體顆粒。這樣有害固相就會(huì)在井底不斷循環(huán)，不僅會(huì)損壞工具，還不利于鉆井質(zhì)量的保證。此外，鉆井液離心機(jī)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)，既影響了離心機(jī)的分離效果，又產(chǎn)生了嚴(yán)重的安全隱患。本文針對(duì)鉆井液離心機(jī)喂料擴(kuò)散慢、物料分布不均而導(dǎo)致的處理量不足、振動(dòng)較大、分離效率低等問題進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。在鉆井液離心機(jī)的喂料腔設(shè)計(jì)喂料加速裝置，通過該加速裝置使通過喂料管進(jìn)入的物料快速加速到轉(zhuǎn)鼓速度，使固相顆?？焖俪两?。這樣可以有效避免喂料管出口處的物料堵塞，也可以減少喂料管周圍產(chǎn)生的紊流，而減少由于離心機(jī)內(nèi)部的物料分布不均勻而引發(fā)的強(qiáng)烈震動(dòng)。并且，通過喂料加速裝置對(duì)固相顆粒進(jìn)行加速也使得離心機(jī)能夠處理更小顆粒的固相，對(duì)物料有了更廣闊的適應(yīng)性。

1 喂料加速裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

喂料加速裝置設(shè)計(jì)在螺旋輸送器柱筒段的起始段位置，在該段用隔板隔出一段腔體，則形成一個(gè)圓柱體的喂料腔，如圖1所示，此外還設(shè)計(jì)有加速葉片，用以對(duì)物料進(jìn)行加速擴(kuò)散，將加速葉片設(shè)計(jì)焊接在螺旋推料器內(nèi)部的隔板上

。在設(shè)計(jì)喂料加速裝置的葉片時(shí)，需要考慮到葉片的數(shù)量、長(zhǎng)度、進(jìn)出口直徑等參數(shù)。為了使內(nèi)部流場(chǎng)有一定的對(duì)稱性，并且葉片受力具有均勻性，初步設(shè)計(jì)4片加速葉片。為了使整個(gè)喂料腔的物料都得到加速擴(kuò)散，并且考慮到葉片的強(qiáng)度性能，初步將加速葉片設(shè)計(jì)為長(zhǎng)葉片，將其兩端分別固定在左右兩個(gè)擋板上。該鉆井液離心機(jī)的喂料管直徑為70mm，如果把葉片的入口直徑也設(shè)置為70mm，那么靠近喂料口處的葉片將直面輸入物料地沖刷，造成嚴(yán)重磨損，所以初步設(shè)置為葉片入口直徑為90mm。在設(shè)計(jì)加速葉片的出口直徑時(shí)，考慮到喂料腔的直徑為280mm，將葉片出口直徑設(shè)置為喂料腔直徑時(shí)，流喂料腔內(nèi)的流體會(huì)被分隔成四個(gè)相互獨(dú)立的區(qū)域，不利于物料的離心加速，所以初步設(shè)計(jì)加速葉片的出口直徑為260mm。設(shè)計(jì)的加速葉片如圖2所示。

2 進(jìn)料腔流場(chǎng)數(shù)值模擬

2.1 模擬方法

本文采用 Reynolds 平均法中的兩方程模型——Standard k-ε模型

對(duì)鉆井液離心機(jī)流場(chǎng)進(jìn)行分析。湍流動(dòng)能(k)方程的表達(dá)式如下：

他騰不開手，就用兩只腳，踢翻了三個(gè)官兵，一粗脖子官兵覷個(gè)空，揮刀對(duì)著他右手砍下來。盜墓賊要是用尸骨去擋，便可把刀擋下，可他怕刀傷著尸骨，反把手一縮，那刀就砍中他肩頭，血水濺出來，把他臉都染紅了。

(1)

湍流耗散率(

)方程表達(dá)式如下：

(2)

式中，

——由平均速度梯度引起的湍動(dòng)能

的產(chǎn)生項(xiàng)；

——可壓縮流動(dòng)中的脈動(dòng)擴(kuò)張項(xiàng)；

——由浮升力引起的湍動(dòng)能的產(chǎn)生項(xiàng)；

奮斗目標(biāo)是企業(yè)各部門前進(jìn)的方向，而企業(yè)達(dá)到自己的經(jīng)營(yíng)管理目標(biāo)需要企業(yè)各部門為同一個(gè)目標(biāo)共同努力，相互協(xié)作，發(fā)揮多部門的協(xié)調(diào)效應(yīng)。而當(dāng)前企業(yè)各部門考核目標(biāo)不同致使部門的奮斗目標(biāo)也不相同：生產(chǎn)部門只為滿足銷售，供應(yīng)部門只為生產(chǎn)的供應(yīng)，銷售部門只為完成銷售任務(wù)，財(cái)務(wù)部門只為做好企業(yè)記賬核算，各為各的，致使業(yè)財(cái)融合沒有良好有效的切實(shí)，結(jié)果導(dǎo)致庫(kù)存大量積壓，應(yīng)收賬款大量壞賬損失等嚴(yán)重問題，給企業(yè)的正常發(fā)展帶來嚴(yán)重影響。

、

——分別為湍動(dòng)能和湍流耗散率對(duì)應(yīng)的普朗特?cái)?shù)；

1

、

2

、

3

——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；

在進(jìn)行流體數(shù)值模擬之前，需要?jiǎng)澐志W(wǎng)格將模型計(jì)算區(qū)域離散化，常用網(wǎng)格劃分模型主要有棱柱型網(wǎng)格(Prism Meshing)、四面體網(wǎng)格(Tetra Meshing)以及六面體網(wǎng)格(Hexa Meshing)

?？紤]到本文中喂料腔設(shè)置了加速葉片，模型當(dāng)中出現(xiàn)犄角的地方比較多，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，所以采用非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格對(duì)模型進(jìn)行離散。離散后的網(wǎng)格模型如圖4所示。

根據(jù)Launder推薦值及后來實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)于不可壓縮流體，在軟件仿真中模型常數(shù)取值

為：

1

=1

45 、

2

=1

92、

3

=0

09、

=1

0、

=1

3。

2.2 進(jìn)料腔流場(chǎng)模型的建立

此外，江西還是客家人聚居的中心之一，是客家文化的大本營(yíng)，客家文學(xué)和民俗文化也是江西獨(dú)特的文學(xué)和文化資源。江西還是中國(guó)工農(nóng)紅軍、中華蘇維埃政權(quán)的大本營(yíng)，是中央蘇區(qū)所在地。因此，江西又是蘇區(qū)文學(xué)生存發(fā)展的“紅土地”，孕育了無數(shù)光輝燦爛、極具時(shí)代特色的蘇區(qū)文學(xué)作品。

1)在恒溫?zé)犸L(fēng)干燥和分階段控溫?zé)犸L(fēng)干燥兩種方法下，熱風(fēng)溫度和風(fēng)速對(duì)辣椒干燥速率的影響程度都很顯著，熱風(fēng)溫度較風(fēng)速更顯著。

、

——用戶定義的源項(xiàng)。

為了得到物料在進(jìn)料腔內(nèi)的流場(chǎng)分布及物料加速情況，本文對(duì)喂料腔進(jìn)行流場(chǎng)建模，并在建模過程中，對(duì)進(jìn)料管進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化，縮短了喂料管的長(zhǎng)度，建模參數(shù)主要包括了喂料管直徑、喂料腔長(zhǎng)度、喂料腔直徑以及加速葉片結(jié)構(gòu)等。喂料腔基本結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示，葉片結(jié)構(gòu)及參數(shù)如表2所示，根據(jù)表1及表2中的參數(shù)建立如圖3所示的喂料腔流場(chǎng)模型。

“凡有血?dú)?，皆有?zhēng)心”暗示“爭(zhēng)”是伴隨血?dú)庵鴣淼囊环N本能沖動(dòng)，是“六志”不得協(xié)調(diào)的結(jié)果。而“六志”經(jīng)由禮樂文化的疏導(dǎo)和滿足才可能達(dá)致協(xié)調(diào)，當(dāng)“變法”活動(dòng)成為春秋后期的一股潮流之時(shí)，叔向、蔡史墨及仲尼這樣一些深諳禮樂精神的賢人已經(jīng)指出，那些改變禮樂傳統(tǒng)所塑造的社會(huì)形態(tài)的改革活動(dòng)，將不可避免地導(dǎo)向“錐刀之末，將盡爭(zhēng)之”的亂境。禮與爭(zhēng)的對(duì)立關(guān)系，或許在“受天地之中以生”的人群中有其根源。這一認(rèn)識(shí)構(gòu)成了荀子禮論的重要基礎(chǔ)。

2.3 邊界條件

2.3.1 流場(chǎng)邊界條件

基于BGP的二維路由協(xié)議與傳統(tǒng)BGP的信息交互過程一樣，只不過需要對(duì)信息交互報(bào)文進(jìn)行必要的擴(kuò)展，使其能夠支持二維路由相關(guān)信息的傳遞。另外為了能夠支持二維路由的增量部署，在設(shè)計(jì)BGP二維路由協(xié)議的時(shí)候，需要保證二維路由協(xié)議與傳統(tǒng)路由協(xié)議的兼容。在本文中，我們是基于MP-BGP實(shí)現(xiàn)的域間二維路由協(xié)議。

2.3.2 邊界條件設(shè)置

計(jì)算中使用的物料是一種含有重晶石顆粒的加重鉆井液，物料設(shè)置為固液兩相流，簡(jiǎn)化參數(shù)如表3所示。

鉆井液離心機(jī)為L(zhǎng)W450-1000型離心機(jī)，其設(shè)計(jì)流量60m

/h，轉(zhuǎn)速3000r/min；轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑R

=225mm；轉(zhuǎn)鼓內(nèi)筒外半徑R

=152mm；柱筒段沉降區(qū)長(zhǎng)度L

=582mm；螺距S=108mm；轉(zhuǎn)鼓半錐角α=8°；螺旋升角β=7.59°

。

在數(shù)值模擬中，設(shè)置邊界條件是一個(gè)非常重要的步驟，直接決定了模擬計(jì)算能否收斂，也決定了數(shù)值模擬的精度，只有合理的設(shè)置才能夠得到比較準(zhǔn)確的模擬結(jié)果。本文中需要對(duì)入口邊界條件、出口邊界條件和壁面邊界條件進(jìn)行設(shè)置

。具體設(shè)置如下。

(1)入口邊界條件設(shè)置為Velocity Inlet(速度入口)，根據(jù)鉆井液離心機(jī)的處理量60m

/h進(jìn)行計(jì)算得到入口速度為4.33m/s。

(2)出口邊界條件設(shè)置為Pressure Outlet(壓力出口)，因?yàn)槲沽锨怀隹谔幉皇芷渌饬ψ饔?，故設(shè)置出口處的相對(duì)壓力為0，即只受大氣壓作用。

(3)壁面邊界條件設(shè)置為No slip wall(無滑移壁面)，由于物料在離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁及喂料腔壁面內(nèi)沒有相對(duì)滑動(dòng)，故設(shè)置為無滑移壁面。設(shè)置邊界條件后的模型示意如圖5所示。

現(xiàn)代英國(guó)刑事審判雖然是圍繞陪審團(tuán)審判而發(fā)展起來，但在治安法院由于傳統(tǒng)的影響，有些例外，治安法官?gòu)恼Q生之初就不適用陪審團(tuán)參加獨(dú)立處理刑事犯罪案件，沒有明確程序要求，只要處理糾紛即可結(jié)案。如果是被告人承認(rèn)有罪的即決案件的話程序更是簡(jiǎn)單，不需要出示證據(jù)和傳喚證人，結(jié)案更是快捷。總之，由于治安法官審理案件的案情往往比較簡(jiǎn)單，爭(zhēng)議性不大，審理形式上的程序要求不太嚴(yán)格，因此案件一般從立案到結(jié)案就幾天時(shí)間，十分迅速。

3 計(jì)算結(jié)果分析

首先對(duì)無葉片喂料腔模型及有葉片喂料腔模型進(jìn)行了對(duì)比分析，以驗(yàn)證設(shè)置加速葉片的合理性。加速流場(chǎng)分析模型分別使用了4葉片的直葉片流場(chǎng)模型和4葉片的圓柱葉片流場(chǎng)模型。通過對(duì)3組進(jìn)料腔的流場(chǎng)進(jìn)行分析比較，進(jìn)行了比較和分析，得到的結(jié)果如圖6～圖8所示。

值得注意的是， 2011年之后，有些城市的房?jī)r(jià)偏離度均為負(fù)，如南京、無錫、常州、蘇州、淮安、鹽城、杭州、嘉興等。而這些城市恰恰在2015年前后同時(shí)出現(xiàn)了一輪房?jī)r(jià)上漲，甚至引發(fā)了“恐慌性”購(gòu)房潮。這究竟是一種巧合，還是另有內(nèi)在聯(lián)系？先前實(shí)際房?jī)r(jià)低于基本面價(jià)格所形成的價(jià)值“洼地”是否會(huì)成為后來房?jī)r(jià)上漲的潛在動(dòng)力？房?jī)r(jià)負(fù)向偏離是否意味著留有上漲的空間，存在著“補(bǔ)漲”效應(yīng)？基于這些思考，我們接下來對(duì)“補(bǔ)漲”效應(yīng)展開進(jìn)一步的分析。

如圖6所示，有葉片模型的切向速度明顯大于沒有葉片模型的切向速度，并且直葉片模型的切向速度略大于圓柱葉片模型，速度分布也較為均勻?？梢娫谌N模型中，直葉片模型對(duì)物料的切向速度加速效果最好。

從圖7可以看出，在物料徑向速度方面，直葉片模型的徑向速度最小，均為負(fù)值且分布不均，無葉片模型的徑向速度分布均勻但速度值多在0左右，產(chǎn)生了一定的回流，圓柱葉片模型的徑向速度分布均勻且速度最大。可見在三種模型中，圓柱葉片模型對(duì)物料的徑向速度加速效果最好。

圖8所示是三種模型對(duì)應(yīng)的湍流強(qiáng)度分析結(jié)果，從圖中可以看出，無葉片模型和圓柱葉片模型內(nèi)部湍流程度較小，直葉片模型的內(nèi)部湍流強(qiáng)度較大，而無葉片模型的湍流強(qiáng)度在出口處有局部增強(qiáng)，所以綜合來看圓柱葉片模型的湍流強(qiáng)度較好。

4 結(jié)論

應(yīng)用ANSYS CFX仿真平臺(tái)通過流場(chǎng)仿真對(duì)沒有進(jìn)料加速器的進(jìn)料腔流場(chǎng)及四葉片的直葉片加速流場(chǎng)和四葉片的圓柱葉片加速流場(chǎng)進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)論如下：

(1)在切向速度和徑向速度方面，直葉片和圓柱葉片模型均大于無葉片模型。

(2)在湍流強(qiáng)度方面，圓柱葉片模型的湍流強(qiáng)度小于無葉片模型，表明可以通過葉片對(duì)物料進(jìn)行加速，設(shè)置進(jìn)料腔加速葉片是可行的。

(3)在切向速度方面，直葉片模型的速度最大，但是模型內(nèi)部流動(dòng)較為紊亂，不可取。圓柱葉片模型的切向速度雖略小于直葉片，但是在徑向速度方面，其分布較為均勻且速度值較大，湍流強(qiáng)度也比較小。因此，綜合來看，圓柱葉片對(duì)于物料的加速效果較好。

[1]新型高效大處理量鉆井液離心機(jī)的設(shè)計(jì)與研究[D]. 李萍瑛.西南石油大學(xué),2016.

[2]巖屑甩干機(jī)高濃度流場(chǎng)分析及篩籃結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[D]. 成奇云.西南石油大學(xué),2017.

[3]方鉆桿旋塞閥失效分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 朱曉鳳.西南石油大學(xué),2015.

[4]丁源, 王清. ANSYS ICEM CFD從入門到精通[M]. 清華大學(xué)出版社, 2013.1.