检索结果-南通市图书馆

作者：王翼鹏四川大学

学位级别：硕士

射流冲击冷却的局部传热效率极高,尤其是在驻点处,但迄今尚没有合适的传热理论解释该点处的内在传热机制,因此探究驻点处瞬态传热特性对完善射流冲击冷却理论具有重要意义。本文以液体非浸没射流为研究对象,以流体仿真软件Fluent为工具... 详细信息

射流冲击冷却的局部传热效率极高,尤其是在驻点处,但迄今尚没有合适的传热理论解释该点处的内在传热机制,因此探究驻点处瞬态传热特性对完善射流冲击冷却理论具有重要意义。本文以液体非浸没射流为研究对象,以流体仿真软件Fluent为工具,借鉴原始的牛顿冷却曲线分布特征,通过数值仿真和试验研究的方法,从热对流视角研究了驻点处的瞬态传热特性。另外,数值模拟了单束和组合式射流垂直和倾斜冲击壁面时的稳态传热过程,定量地分析了射流流场对壁面传热特性的影响。首先,针对冲击射流在驻点处的传热机理进行数值仿真研究。阐述了牛顿冷却定律的原始表述,对原始的牛顿冷却曲线进行解读并确定了两个主要的分布特征。以微型立方体钢块近似代表驻点,分别模拟了垂直和水平射流以及强迫对流冷却钢块的瞬态传热过程。结果表明,钢块六个面中心处的瞬态温度响应曲线的分布特征与原始的牛顿冷却曲线完全相同,证明了射流驻点处的传热机制是热对流而非热传导。同时发现,射流冲击冷却立方体钢块的瞬态温度响应曲线与强迫对流非常相似,表明射流驻点处的传热机制本质上可与强迫对流相比拟。此外,对瞬态温度响应曲线如何指导阵列式射流冲击冷却方案设计的方法及其物理含义给出了理论的解释。然后,设计搭建了研究冲击射流在驻点处传热机理的试验装置。以304不锈钢圆柱试件模拟驻点处的瞬态传热过程,并对试验结果进行误差分析。结果表明,驻点处的瞬态温度响应曲线整体呈指数分布;当试件温度较高、喷嘴出口流量较大时,热试件与冷却水温度之差的相对变化率在一个定值上下波动,受温度传感器的精度和射流强湍流的影响,试件温度越低,温度相对变化率的波动越大。将试验研究结果与仿真进行对比,试验结果整体偏小。一方面,由于温度传感器的实际测温点偏离驻点位置;另一方面,受制于温度传感器尺寸,试件体积偏大,试件内部热传导的影响不可忽略。最后,采用数值方法分别模拟了单束射流不同倾角下的冲击冷却过程,定量地讨论了射流流场对壁面传热特性的影响,发现射流流速与滞止区和壁面射流区的传热密切相关。设计组合式射流冲击冷却模型对上述结论进行仿真验证并发现在多喷嘴协同作用下,组合式射流继承了单束直射流和斜射流的优点,在保证滞止区传热效率较高的同时,有效地提高了射流下游的传热效率并使壁温分布更加均匀。基于此,研究了组合式射流的斜喷嘴倾角及间距对壁面传热特性的影响,发现当斜喷嘴靠近直喷嘴时,组合式射流整体传热特性与单束斜射流相似;考虑壁面整体冷却效果时,理论上斜喷嘴倾角存在最优值;沿横向增大喷嘴间距时,壁面平均努塞尔数增大,上游远离喷嘴区域的两个高温区向下游转移且冷却效果变好;沿纵向增大喷嘴间距时,壁面平均努塞尔数增大,两个高温区作用范围减小直至消失,同时下游的冷却效果不断变差。

关键词：射流冲击冷却驻点瞬态传热机理热对流斜射流数值模拟试验研究

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深层页岩气水平井钻进中井筒-地层瞬态传热模型

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石油钻采工艺 2022年第1期44卷 1-8页

作者：吴鹏程钟成旭严俊涛万秀梅陈烨杨谋中国石油西南油气田公司页岩气研究院中国石油川渝页岩气前线指挥部油气藏地质及开发工程国家重点实验室·西南石油大学

目前深层页岩气井常用的旋转导向工具服役环境温度为135℃,准确预测深层页岩气水平井钻进中循环温度对延长井下测量工具使用寿命与有效延伸水平段长度非常重要。基于能量守恒原理,考虑井筒-地层各控制区域--钻柱内流体、钻柱壁、环空流... 详细信息

目前深层页岩气井常用的旋转导向工具服役环境温度为135℃,准确预测深层页岩气水平井钻进中循环温度对延长井下测量工具使用寿命与有效延伸水平段长度非常重要。基于能量守恒原理,考虑井筒-地层各控制区域--钻柱内流体、钻柱壁、环空流体及近井壁地层在径向与轴向传热机理,建立了井筒-地层瞬态传热模型,应用全隐式有限差分法对数学模型求解,分析了各敏感因素对井筒温度的影响。研究表明:页岩气水平井流体循环初期环空流体温度高于原始地层温度;增加循环时间、流体比热容与密度、降低入口温度可以降低井底温度;排量过高引起摩阻生热,使得井筒温度非降反升;通过地面降温装置降低入口温度能抵消水平段延伸产生的热量,增加水平段钻进距离;结合Y101H26-1井数据,当入口温度为35、65℃,对应钻进井深分别为5650、5250 m时,不超过旋转导向工具服役环境温度,计算误差在3%以内。该研究成果可避免井筒降温技术应用的盲目性和低效性。

关键词：深层页岩气井井筒-地层温度瞬态传热模型瞬态传热机理循环温度

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