超高压射流PDC钻头井底流场数值模拟研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhenghs2ooo
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由于PDC钻头井底流场是结构非常复杂的三维非自由多股射流湍流流场,用理论和实验手段很难得到井底高速射流的流动特性。本文利用CAD软件建立了超高压射流PDC钻头的三维几何模型及井底流场的物理模型,对静止和旋转条件下射流出口速度为447.2m/s~632.5m/s的超高压射流PDC钻头井底流场进行了数值模拟。钻头静止条件下,采用标准k-ε模型和壁面函数法,计算结果表明:超高压射流等速核长度为5倍的喷嘴直径,井底中心区域存在低速回流区,切削齿表面及背部出现了小的回流区,超高压射流出口喷速达到632.5m/s时,喷射角大的喷嘴射流漩涡区基本消失,喷射角小的喷嘴射流漩涡区仍然存在。钻头旋转条件下,在单一旋转参考坐标系中,采用重整化群RNGk-ε模型和壁面函数法,计算结果表明:喷嘴射流存在附壁现象,与钻头静止条件下相比,超高压射流等速核长度没变,各喷嘴射流与井壁之间的漩涡区明显减小,井壁附近射流的最大漫流速度变大,切削齿表面及背部的回流区消失。研究成果对指导PDC钻头的水力结构优化设计、提高PDC钻头的性能具有重要的工程实际意义。
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