Актуальність дослідження визначається здатністю свердловинних струминних насосів підвищити ефективність реалізації технологічних процесів у складних гірськогеологічних умовах. Мета полягала у встановленні закономірностей трансформації профілю швидкостей у камері змішування свердловинного струминного насоса на основі побудови та наступного аналізу розподілу кінематичних параметрів сумарного робочого та інжектованого потоків. Моделювання робочого процесу ежекційної системи здійснено в програмно-розрахунковому модулі ANSYS для чотирьох тривимірних моделей свердловинного струминного насоса. Геометричні моделі побудовані з нерівномірною у місцях складної геометрії та високого градієнта зміни гідродинамічних параметрів щільністю розміщення розрахункових елементів. Для кожної з досліджуваних моделей побудовано серію профілів швидкостей розміщених через рівні проміжки на різних відстанях від вхідного перерізу камери змішування. Побудовані профілі швидкостей включають ділянки з рівномірним та нелінійним розподілом кінематичних параметрів змішуваних потоків. Встановлено, що максимальні значення швидкості руху змішуваних потоків мають місце на осі струминного насоса та є однаковими для всіх досліджених моделей. Осьова швидкість руху змішуваних потоків зменшується при збільшенні відстані до вхідного перерізу камери змішування. Мінімальне значення осьової швидкості отримано для моделі струминного насоса з максимальною довжиною камери змішування. Для двох моделей струминного насоса з довжиною камери змішування 287 мм та 328 мм отримано стабілізацію значень осьової швидкості сумарного робочого та інжектованого потоків. Незмінність кінематичних параметрів для даних моделей струминного насоса свідчить про завершення процесу вирівнювання швидкостей змішуваних потоків. Враховуючи, що у випадку перевищення необхідних розмірів ділянки стабілізації кінематичних параметрів зростають гідравлічні втрати в проточній частині ежекційної системи, її оптимальна конструкція відповідає моделі з довжиною камери змішування струминного насоса 287 мм. Практична цінність дослідження полягає в тому, що така конструкція забезпечує максимальний коефіцієнт корисної дії свердловинного струминного насоса
Отримано 28.12.2023
Доопрацьовано 26.04.2024
Прийнято 31.05.2024
[1] Cao, T., Chen, X.-Y., Yu, K.-A., & Tang, L. (2023). Hydraulic modeling and optimization of jet mill bit considering the characteristics of depressurization and cuttings cleaning. Petroleum Science, 20(5), 3085-3099. doi: 10.1016/j. petsci.2023.04.007.
[2] Chen, X., Cao, T., Yu, K., Gao, D., Yang, J., & Wei, H. (2020). Numerical and experimental investigation on the depressurization capacity of a new type of depressure‑dominated jet mill bit. Petroleum Science, 17, 1602-1615. doi: 10.1007/s12182-020-00472-8.
[3] Cho, Y.-D., & Shrestha, U. (2020). Cavitation performance improvement of an annular jet pump by j-groove. The KSFM Journal of Fluid Machinery, 23(4), 25-35. doi: 10.5293/kfma.2020.23.4.025.
[4] Deng, X., & Dong, J. (2021). Experimental and numerical investigation of two-phase flow and mass transfer in a self-excited oscillation pulse jet pump. Experimental and Computational Multiphase Flow, 3(2), 131-136. doi: 10.1007/s42757-020-0062-6.
[5] Gan, J., Wang, Y., Wang, D., & Zhang, K. (2022). Research on the law of head loss of jet pumps in the cavitation state. ACS Omega, 7, 12661-12679. doi: 10.1021/acsomega.1c06895.
[6] Karabaev, S. (2021). Investigations of the liquid-jet gas pump’s mixing throat lengths for well operations and associated petroleum gas utilization. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 666, article number 062003. doi: 10.1088/1755-1315/666/6/062003.
[7] Kotak, V., Pathrose, A., Sengupta, S., Gopalkrishnan, S., & Bhattacharya, S. (2023). Experimental investigation of jet pump performance used for high flow amplification in nuclear applications. Nuclear Engineering and Technology, 55(10), 3549-3559. doi: 10.1016/j.net.2023.06.017.
[8] Kryzhanivskyi, Ye.I., & Panevnyk, D.O. (2019). The study on the flows kinematics in the jet pump’s mixing chamber. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 1, 62-68. doi: 10.29202/nvngu/2019-1/7.
[9] Kumar, V., Subbarao, P.M.V., & Singhal, G. (2019). Effect of nozzle exit position (NXP) on variable area mixing ejector. SN Applied Sciences, 1, article number 1473. doi: 10.1007/s42452-019-1496-y.
[10] Kurniawan, A., Nuzuladzmi, R.N., & Afni, A.L.N. (2023). CFD simulation and efficiency analysis of natural gas ejector-booster system. In National seminar on chemical engineering “Kejuangan”. Development of chemical technology for processing of natural resources of Indonesia (pp. 1-10). Yogyakarta: UPN “Veteran” Yogyakarta.
[11] Morrall, A., Quayle, S., & Campobasso, M.S. (2020). Turbulence modelling for RANS CFD analyses of multi-nozzle annular jet pump swirling flows. International Journal of Heat and Fluid Flow, 85, article number 108652. doi: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2020.108652.
[12] Qian, Y., Wang, Y., Fang, Z., Chen, X., & Miedema, S.A. (2021). Numerical investigation of the flow field and mass transfer characteristics in a jet slurry pump. Processes, 9(11), article number 2053. doi: 10.3390/pr9112053.
[13] Rogovyi, A., & Lukіanets, S. (2022). Kinematic parameters of the oil flow in a vortex chamber pump. Bulletin of the National Technical University “KhPI”. Series: Hydraulic Machines and Hydraulic Units, 1, 59-65. doi: 10.20998/2411-3441.2022.1.09.
[14] Rogovyi, A., Kostiuk, M., & Azarov, A. (2022). Improving energy parameters of oil jet pumps. Bulletin of the National Technical University “KhPI”. Series: Hydraulic Machines and Hydraulic Units, 1, 25-32. doi: 10.20998/2411-3441.2022.1.04.
[15] Wang, Z., Lei, Y., Wu, Z., Wu, J., Zhang, M., & Liao, R. (2023). Structure size optimization and internal flow field analysis of a new jet pump based on the taguchi method and numerical simulation. Processes, 11(2), article number 341. doi: 10.3390/pr11020341.
[16] Xu, K., Wang, G., Wang, L., Yun, F., Sun, W., Wang, X., & Chen, X. (2020). Parameter analysis and optimization of annular jet pump based on Kriging model. Applied Sciences, 10(21), article number 7860. doi: 10.3390/app10217860.
[17] Xu, K., Wang, G., Zhang, L., Wang, L., Yun, F., Sun, W., Wang, X., & Chen, X. (2021). Multi-objective optimization of jet pump based on RBF neural network model. Journal of Marine Science and Engineering, 9(2), article number 236. doi: 10.3390/jmse9020236.
[18] Yang, Y., Wu, S., Wang, C., Jiao, W., Ji, L., An, C., & Ge, J. (2023). Effect of effuser throat diameter on the internal flow structure and energy characteristics of the jet pump. Energy Reports, 9, 2075-2086. doi: 10.1016/j.egyr.2023.01.025.
[19] Zafarullah, E., Ansari, U., Habibullah, H., Ahmed, I., & Аhmed, M. (2021). Developing well performance analysis for improving the pump capacity of jet pumps using snap software. International Journal of Current Engineering and Technology, 11(2), 168-172. doi: 10.14741/ijcet/v.11.2.4.
[20] Zheng, J., Hou, Y., Tian, Z., Hongkui, J., & Chen, W. (2022). Simulation analysis of ejector optimization for high mass entrainment under the influence of multiple structural parameters. Energies, 15(19), article number 7058. doi: 10.3390/en15197058.