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申请/专利权人：淮阴工学院

摘要：本发明提出了一种高压压裂井口中针形节流阀冲蚀优化设计方法，该方法通过三维软件进行几何建模，并利用WorkbenchFluent软件进行仿真分析；管内介质为液固两相流，石油为连续相采用RNG湍流模型，沙粒为离散相采用离散相模型，冲蚀率模型采用WorkbenchFluent中定义的冲蚀率模型。结果表明，冲蚀点主要集中在阀芯与进口管的迎流壁面处、阀芯的背流壁面处和阀体与入口对流壁下端，且阀芯背流面冲蚀较迎流面最严重。改进后的节流阀结构在一定程度上改变了液固两相流中固体颗粒的流动方向，对节流阀主要冲蚀部位起到了保护作用。

主权项：1.一种高压压裂井口中针形节流阀冲蚀优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取针形节流阀的性能参数；S2：建立简化的针形节流阀三维模型并设置材料属性：根据步骤S1中获取的性能参数，采用三维造型软件绘制步骤S1中的针形节流阀三维模型，之后保留阀体、阀杆、阀针以及阀座以获取针形节流阀三维模型的简化模型；之后对简化模型的阀体、阀杆和阀座分别进行材料选择；S3：将步骤S2建立的简化模型导入ANSYSWorkbench中，采用非结构化四面体网格方式对简化模型进行网格划分；S4：将步骤S3中的简化模型导入WorkbenchFluent软件进行数值模拟计算；其中，仿真分析基于液固两相流方程和冲蚀磨损方程；液固两相流方程包括湍流运动的连续方程和动量方程；湍流运动的连续方程为： 湍流运动的动量方程为： 其中，步骤S4中湍流运动的连续方程的建立过程如下：不可压缩湍流瞬时速度满足的连续方程为： 对其进行平均运算，得平均运动的连续方程： 根据平均值定义，将瞬时速度ui表示为时均值与脉动值ui'之和，即代入上式可得： 结合平均运动的连续方程，可得湍流运动的连续方程： 其中，u-速度；-速度统计平均值；i、j-运算统计次数；xi-i方向上的坐标位置；xj-j方向上的坐标位置；S5：根据模拟结果，获取简化模型中阀体的冲蚀位置、冲蚀位置的阀体冲蚀率曲线图；S6：根据冲蚀位置、阀体冲蚀率曲线图，对步骤S2中的简化模型进行结构优化，以获取节流阀的优化模型：其中，优化模型中的阀针为一棱锥；棱锥的小端朝向优化模型中的阀座；S7：重复步骤S3～S5，以获取优化模型中阀体的冲蚀位置、阀体冲蚀率曲线图；S8：对比步骤S5和步骤S7中的分析结果以对优化模型进行验证。

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