涡轮钻具叶片设计及CFD分析.doc

涡轮钻具叶片设计及CFD分析涡轮钻具和螺杆钻具为主体的井下动力钻具，作为20世纪80年代石油工程进步的三大技术之一，得到了长足的发展。涡轮叶片作为决定涡轮性能的重要部分，它的造型设计是非常重要的环节。以前对涡轮叶片的造型，有很长一段时间都是使用徒手绘制的，费时又费力。本文使用Bezier曲线法来进行叶片的造型，因为这种曲线较一般的方程描述要简单方便，只要给出控制顶点就能确定曲线的形状。这种方法做出的曲线不仅能够满足线型要求，而且曲率变化连续，能够按照实际要求来建立数学模型。通过Bezier曲线法的造型方法，经过Matlab软件中进行编程使之实现参数化，即可以通过改变参数来获得不同形状和性能的叶片。为了使设计涡轮叶片时，方便参数的输入与修改，本文将叶片曲线的生成程序设计成一个简单的图像用户界面，从而不用在修改参数时打开复杂的M程序，本文使用了Matlab中的GUI功能进行了用户界面的设计。另外，涡轮叶片的性能和效率主要取决于叶片的外形，设计出的叶片合理与否就需要对其进行分析，以前传统的分析费时费力，本文采用ANSYS中的FLOTRANCFD模块来进行分析，可以提高设计效率。通过对单个叶片流场的分析，从得到的速度分布和压力分布上可以看出叶片没有严重的脱流现象，而且叶片的水力性能也是符合要求的。