高壓節流閥流場分析及其結構改進方法探討

摘 要：社會在不斷地發展過程中，很多新的科學技術層出不窮，技術是推動社會進步的重要手段，每一次技術的進步都可以帶來整個行業工作效率的提升。以油田的開采為例，在進行油田地開采過程中，需要使用節流閥對于流體量進行有效地控制，在具體地實踐過程中遇到很多的問題，因此有必要對于高壓節流閥流場進行進一步地分析，并且進行節流閥結構的改進與創新，不斷提高采油設備的實際應用能力。

關鍵詞：高壓節流閥；流場分析；結構改進

前言

高壓節流閥可以有效地對于流體的流量進行控制。在壓井施工中，人們為了提高環空流動阻力，在循環通路的末端設置了一個流動障礙，這個障礙就是節流閥，高壓節流閥可以對于流體產生更加強大的阻力，當流體流入到節流閥裝置上時，能夠產生一定的阻力，為井底提供一定的壓力，進而彌補井底壓力不足的情形。通過這一過程可以看出，高壓節流閥對于流體的控制能力至關重要，在具體的施工過程中，想要恰當地對于井底進行施壓，就應該對于節流閥的流場進行分析，提高節流閥的性能。

1 高壓節流閥的流場分析

1.1 模型的建立

在對于高壓節流閥進行流場分析的過程中，要對不同類型的節流閥進行幾何模型的構建。在構建模型時需要借助于國際上通用的三維實體建模軟件，原因在于該軟件可以對具備同形狀，不同曲面特征的結構進行實體三維立體模型的搭建，可以形成與實際結構完全一樣的模型。由于不同節流閥的結構特征有所不同，因此在幾何模型的構建過程中需要形成符合實際節流閥的模型。

由于是對于高壓節流閥的流場進行分析，因此在進行建模的過程中不考慮節流閥的外部結構，而僅是對于其內部的流道進行深入地探討，這樣建模就可以使用直角坐標系進行模型的構建。以石油節流管上的高壓管道為例，管道上的節流閥可分為兩種不同的類型，一種是固定式節流閥，一種是可調式節流閥。

兩種高壓節流閥具有不同的幾個模型特征。一般來說，根據固定式節流閥幾何模型可以看出，通常都是流體進入一個截面很小的通道中，最終的結果就是流體的流速增大，壓力降低。但是隨著固定式節流閥的不斷改進和創新，又出現了一種結構更為復雜的固定式節流閥的結構，這種結構是先流入一個小截面的通道之中，然后再分別流入大截面的流道之中。除此之外，根據可調式節流閥的幾何結構可以看出，流體在出入高壓節流閥的過程中，最開始要經歷一個高大的流腔，然后在流入節流喉口，最后通過一個短的管道流入下一級的主管道。在這一過程中，流場變化無常，并且對于流體的流動現象很難把握。

1.2網絡模型的構建

對于高壓節流閥進行網絡模型的構建是為了最終的流場求解做準備工作，在構建網絡模型時，需要借助一定網絡軟件和工具，首先就是對于高壓節流閥進行三維模型的構建，然后通過各種網絡工具將其調入到STL文件當中，運用其網格劃分功能進行網絡劃分，就是把含有節流閥的管道分解成若干個部件，使得整個的高壓節流閥部件最終形成幾個盲區塊，這被稱作多塊網格。在進行網格處理的過程中，對于網格的邊界形狀必須進行良好的處理，否則會影響到整個流場計算的精準度。

1.3 CDF模型的構建

對于高壓節流閥進行流場分析的過程中，還要進行CFD模型的構建，這一模型的構建主要包括物理模型、數學模型和CFD模型，在進行模型的構建過程中，需要對于不同的模型進行具體的分析。

首先，在構建物理模型的過程中要根據不同高壓節流閥的流體運動情況進行考察，在具體的測量過程中，需要對于流體的動力粘性系數、慣性力數、雷諾數等進行計算，這樣才能夠對于高壓節流閥的流場進行具體的分析。其次，還要對節流閥的數學模型進行構建，簡單來說，數學模型指的是對流體流動問題物理模型給出一定的數學描述，最終形成流動的基本方程，然后進行條件的限制，形成數學模型。實際上，數學模型與物理模型都要進行一定的計算才能夠進行建模，在計算的過程中一定要保障各個量之間關系的正確性以及算數的準確度，否則會影響到整體的流場情況。

最后，要對于高壓節流閥進行CFD模型的構建，進行數學模型與物理模型的構建都是為了最終確定CFD模型，在進行CFD模型的構建過程中，需要進行CFD求解流場的構建，求解流場主要由以下幾個方面構成。一是與流場區域有關的區域形狀、大小，以及各類設備的位置等，還有流體和固體的各種參數；二是進行流場求解的各類限制條件，這對于最終流場的計算至關重要；三是網絡的疏密程度以及具體的劃分情況。

2 高壓節流閥結構的改進

2.1 節流閥裝置改進操作

通過對于節流閥流固耦合性的研究，可以得出一個或幾個高壓節流閥的改進方式。從具體的試驗中可以知道高壓節流閥的開度越小，它的壓降就越大，對于上流腔產生的壓力也越來越大，進而使得閥芯的壓力也會增大，最大的力會在閥芯的根部產生。因此在高壓節流閥的結構改進過程中，如果想要對于壓降進行調整，就可以對于節流閥的開度進行合理的調整，這樣可以保障高壓節流閥能夠適應實際的流體流動需要。

同時，通過實驗計算可以發展，想要保障節流閥整體的穩定性，就要保障節流閥閥芯的穩定，但是在具體的應用過程中，閥芯會出現振動的現象，不利于節流閥保持穩定，造成節流閥閥芯振動的原因主要有一下幾點：一是氣穴造成閥門系統振動，使得流量的壓力不斷波動，節流閥的系統不穩定也會引起節流閥的振動。二是瞬態液動力也會引起閥芯的不穩定，會對于整個系統造成一定的影響。因此，在系統的運行過程中，一定要對于高壓節流閥裝置進行精心的設計制作與安裝，這樣才可以保障閥芯的穩定性，使得流體在流動的過程中產生相對穩定的流場，穩定節流閥的功能。

2.2 結構改進操作

由于不同的行業對于高壓節流閥有著不同要求，因此在具體的節流閥結構改進過程中，應該從以下幾個方面入手。首先應該重視流動阻力的減少，降低能量的損耗，但是在實際的應用過程中需要注意，流動阻力對于整個高壓節流閥的影響既有正面的也有負面的，因此應該重視對于流動阻力的恰當控制，這樣才可以保障流動閥裝置運行的穩定性。

同時，在足夠大的流體面積的情況下，應該盡量增大流動阻力，這樣可以保障流場的能力，因此在具體的設計過程中應該盡量多設計一些突然劇變的流道，這樣才能夠保障流動阻力更大，并且可以提升高壓節流閥的整體性能。在進行節流閥結構的改進過程中還要注意對于不同的節流閥設計不同的結構改進方式，原因在于節流閥的結構不同，實際應用也會有所不同，總之一定要根據實際情況進行節流閥的改造，使得節流閥可以適應實際工作要求。

3 結束語

就目前節流閥的發展情況來看，還存在著很大上升空間，因此在今后的實際應用過程中，應該重視技術的改進與創新，設計出功能合理的節流閥設備。

參考文獻

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