摘 要：社會在不斷地發(fā)展過程中，很多新的科學(xué)技術(shù)層出不窮，技術(shù)是推動社會進步的重要手段，每一次技術(shù)的進步都可以帶來整個行業(yè)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(jié)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(jié)流閥流場進行進一步地分析，并且進行節(jié)流閥結(jié)構(gòu)的改進與創(chuàng)新，不斷提高采油設(shè)備的實際應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：高壓節(jié)流閥；流場分析；結(jié)構(gòu)改進

前言

高壓節(jié)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?yōu)榱颂岣攮h(huán)空流動阻力，在循環(huán)通路的末端設(shè)置了一個流動障礙，這個障礙就是節(jié)流閥，高壓節(jié)流閥可以對于流體產(chǎn)生更加強大的阻力，當(dāng)流體流入到節(jié)流閥裝置上時，能夠產(chǎn)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(jié)流閥對于流體的控制能力至關(guān)重要，在具體的施工過程中，想要恰當(dāng)?shù)貙τ诰走M行施壓，就應(yīng)該對于節(jié)流閥的流場進行分析，提高節(jié)流閥的性能。

1 高壓節(jié)流閥的流場分析

1.1 模型的建立

在對于高壓節(jié)流閥進行流場分析的過程中，要對不同類型的節(jié)流閥進行幾何模型的構(gòu)建。在構(gòu)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(jié)構(gòu)進行實體三維立體模型的搭建，可以形成與實際結(jié)構(gòu)完全一樣的模型。由于不同節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)特征有所不同，因此在幾何模型的構(gòu)建過程中需要形成符合實際節(jié)流閥的模型。

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

兩種高壓節(jié)流閥具有不同的幾個模型特征。一般來說，根據(jù)固定式節(jié)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(jié)果就是流體的流速增大，壓力降低。但是隨著固定式節(jié)流閥的不斷改進和創(chuàng)新，又出現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的固定式節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)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(jù)可調(diào)式節(jié)流閥的幾何結(jié)構(gòu)可以看出，流體在出入高壓節(jié)流閥的過程中，最開始要經(jīng)歷一個高大的流腔，然后在流入節(jié)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(xiàn)象很難把握。

1.2網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建

對于高壓節(jié)流閥進行網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建是為了最終的流場求解做準(zhǔn)備工作，在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型時，需要借助一定網(wǎng)絡(luò)軟件和工具，首先就是對于高壓節(jié)流閥進行三維模型的構(gòu)建，然后通過各種網(wǎng)絡(luò)工具將其調(diào)入到STL文件當(dāng)中，運用其網(wǎng)格劃分功能進行網(wǎng)絡(luò)劃分，就是把含有節(jié)流閥的管道分解成若干個部件，使得整個的高壓節(jié)流閥部件最終形成幾個盲區(qū)塊，這被稱作多塊網(wǎng)格。在進行網(wǎng)格處理的過程中，對于網(wǎng)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(zhǔn)度。

1.3 CDF模型的構(gòu)建

對于高壓節(jié)流閥進行流場分析的過程中，還要進行CFD模型的構(gòu)建，這一模型的構(gòu)建主要包括物理模型、數(shù)學(xué)模型和CFD模型，在進行模型的構(gòu)建過程中，需要對于不同的模型進行具體的分析。

首先，在構(gòu)建物理模型的過程中要根據(jù)不同高壓節(jié)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(shù)、慣性力數(shù)、雷諾數(shù)等進行計算，這樣才能夠?qū)τ诟邏汗?jié)流閥的流場進行具體的分析。其次，還要對節(jié)流閥的數(shù)學(xué)模型進行構(gòu)建，簡單來說，數(shù)學(xué)模型指的是對流體流動問題物理模型給出一定的數(shù)學(xué)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(shù)學(xué)模型。實際上，數(shù)學(xué)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(guān)系的正確性以及算數(shù)的準(zhǔn)確度，否則會影響到整體的流場情況。

最后，要對于高壓節(jié)流閥進行CFD模型的構(gòu)建，進行數(shù)學(xué)模型與物理模型的構(gòu)建都是為了最終確定CFD模型，在進行CFD模型的構(gòu)建過程中，需要進行CFD求解流場的構(gòu)建，求解流場主要由以下幾個方面構(gòu)成。一是與流場區(qū)域有關(guān)的區(qū)域形狀、大小，以及各類設(shè)備的位置等，還有流體和固體的各種參數(shù)；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(guān)重要；三是網(wǎng)絡(luò)的疏密程度以及具體的劃分情況。

2 高壓節(jié)流閥結(jié)構(gòu)的改進

2.1 節(jié)流閥裝置改進操作

通過對于節(jié)流閥流固耦合性的研究，可以得出一個或幾個高壓節(jié)流閥的改進方式。從具體的試驗中可以知道高壓節(jié)流閥的開度越小，它的壓降就越大，對于上流腔產(chǎn)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(chǎn)生。因此在高壓節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)改進過程中，如果想要對于壓降進行調(diào)整，就可以對于節(jié)流閥的開度進行合理的調(diào)整，這樣可以保障高壓節(jié)流閥能夠適應(yīng)實際的流體流動需要。

同時，通過實驗計算可以發(fā)展，想要保障節(jié)流閥整體的穩(wěn)定性，就要保障節(jié)流閥閥芯的穩(wěn)定，但是在具體的應(yīng)用過程中，閥芯會出現(xiàn)振動的現(xiàn)象，不利于節(jié)流閥保持穩(wěn)定，造成節(jié)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(tǒng)振動，使得流量的壓力不斷波動，節(jié)流閥的系統(tǒng)不穩(wěn)定也會引起節(jié)流閥的振動。二是瞬態(tài)液動力也會引起閥芯的不穩(wěn)定，會對于整個系統(tǒng)造成一定的影響。因此，在系統(tǒng)的運行過程中，一定要對于高壓節(jié)流閥裝置進行精心的設(shè)計制作與安裝，這樣才可以保障閥芯的穩(wěn)定性，使得流體在流動的過程中產(chǎn)生相對穩(wěn)定的流場，穩(wěn)定節(jié)流閥的功能。

2.2 結(jié)構(gòu)改進操作

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

同時，在足夠大的流體面積的情況下，應(yīng)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(shè)計過程中應(yīng)該盡量多設(shè)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(jié)流閥的整體性能。在進行節(jié)流閥結(jié)構(gòu)的改進過程中還要注意對于不同的節(jié)流閥設(shè)計不同的結(jié)構(gòu)改進方式，原因在于節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)不同，實際應(yīng)用也會有所不同，總之一定要根據(jù)實際情況進行節(jié)流閥的改造，使得節(jié)流閥可以適應(yīng)實際工作要求。

3 結(jié)束語

就目前節(jié)流閥的發(fā)展情況來看，還存在著很大上升空間，因此在今后的實際應(yīng)用過程中，應(yīng)該重視技術(shù)的改進與創(chuàng)新，設(shè)計出功能合理的節(jié)流閥設(shè)備。

參考文獻

[1]蔣小麗.高壓氣井針形節(jié)流閥結(jié)構(gòu)性能分析與優(yōu)化[D].西南石油大學(xué)，2014.

[2]吳秋生.一種新型數(shù)字節(jié)流閥的研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2015.

[3]魏鑫.籠套式節(jié)流閥閥芯失效機理分析與改進研究[D].西南石油大學(xué)，2015.