往复式油气混输泵组合阀工作特性的仿真分析

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为了解决现有油气混输泵效率低、可靠性差、且不具备内压缩功能,难以适应高含气、高压缩比油气混输工况的问题,满足油田消灭火炬,回收天然气急需,提出了一种新型往复式油气混输泵。鉴于目前往复式油气混输泵相关研究工作尚属起步阶段,其进出口单向阀工作机理不清。本文以该泵用组合阀为研究对象,分别从阀内流场、阀滞后角、泵输入功率等方面进行理论分析及数值模拟研究,初步掌握了该组合阀在气液两相工况下的工作特性。具体研究工作如下:1.基于组合阀的实际结构,建立三维流场几何模型,利用Fluent软件对不同最大开启高度、不同介质气液比下组合阀内流场进行了稳态数值模拟,得到了最大开启高度和介质气液比共同作用下的组合阀阀隙流速、进出口压差、流量系数。2.对不同气液比工况下组合阀的启闭过程进行了非定常数值仿真,采用标准的κ-ε湍流模型、动网格技术以及UDF用户自定义程序,对组合阀简化后的二维轴对称流场几何模型进行可视化的动态仿真研究。获得了组合阀开启、关闭过程中阀芯表面压力分布、阀隙流速、瞬态液动力、阀芯总作用力与气液比、开启高度之间的定量关系。3.分析建立了往复式油气混输泵组合阀滞后角的理论公式,研究得出了该阀滞后角的数学计算方法和步骤;通过实例计算与分析,得到了组合阀滞后角随吸入压力、排出压力、气液比的变化特征。应用Fluent软件中的Mixture多相流模型及动网格技术,对油气两相介质内压缩过程进行了数值模拟计算。将理论计算结果与数值模拟结果进行比较,验证了组合阀滞后角理论公式的准确性,可为往复式油气混输泵组合阀滞后角的设计计算提供参考。4.通过分析往复式油气混输泵工作原理,结合组合阀排出阀芯开启压力平衡方程和油气两相绝热内压缩过程方程,推导出了输入功率的理论公式。通过实例计算,总结出了不同吸入压力、不同排出压力、不同气液比工况下三缸双作用往复式油气混输泵输入功率的变化规律。
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