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深井泵泵内流场的实验研究
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研究泵内流场尤其是混相流流场是改善深井泵性能的关键。随着PIV技术、LDV技术及超声波技术的日趋成熟,人们已经可以利用这些先进的流场测试技术在不干扰流场的情况下进行高精度的测量。在加拿大已有人使用这些先进技术研究深井泵流场,石油大学(北京)海洋力学试验室针对该问题应用PIV(粒子成像测速技术)进行了试验研究,其主要内容是测定不同流量时泵内流场的分布规律,并对比单相及混相流时深井泵内流场的异同。

1 粒子成像测速及图像处理技术

粒子成像测速(PIV)技术的基本原理①是利用撒在流体中的粒子对光的散射作用,用光学的方法记录下粒子在不同时刻在流场中的位置,从而得到粒子的位移,基于粒子对流场的跟随性,测出粒子所在位置上流体的速度及瞬时运动参数。

运用PIV技术,对流场中众多的粒子情况可以按时间顺序通过多次曝光记录在同一图像上,也可以通过高速摄影机记录在不同的图形上。利用有关的物理学及力学的假设和定律,并根据相应的数学模型,通过一系列数字运算即可得出反映流场特性的参数(粒子位移、速度等)。通常,PIV系统主要由照明系统、PIV图像记录存储系统以及 PIV处理系统组成。

2 小型气液两相深井泵模拟试验装置

深井泵在井下工作,其工作介质也不是单相的,故很难对现场工作的深井泵的流场进行实际测试。另外,由于各油田油井地层条件很复杂,难以找到一般性的规律,因此,在实验室里建立了一套小型气液两相深井泵模拟试验装置,如图1所示。
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