شبیه سازی جریان سیال در موتور حفاری درون چاهی

در این تحقیق با در نظر گرفتن شرایط مرزی واقعی مربوط به یک موتور درون چاهی حلزونی، به بررسی رفتار هیدرولیک و دینامیک سیال در حین گذر از موتور درون چاهی حفاری پرداخته شده است. سیال گذرنده از درون موتور در حال پیشروی به جلو به دور محور استاتور می چرخد. در نتیجه مرجع مختصات انتخاب شده برای حل معادلات جریان هم سرعت با چرخش سیال می چرخد. با توجه به بالا بودن عدد رینولدز جریان در این موتور جریان آشفته است. در نتیجه از تقریب متوسط گیری رینولدز (rans) برای شبیه سازی جریان استفاده شده است و مدل k-? استاندارد برای مدل سازی جریان انتخاب شده است. برای بررسی اعتبار حل عددی از دو مدل مشابه که جریان و شرایط مرزی مشابهی با مسئله ی اصلی دارند استفاده شده است. یک پمپ چرخدنده ای به صورت دوبعدی با مشخصات ارائه شده در مرجع شبیه سازی شده است. نتایج شامل پروفیل های سرعت و فشار به دست آمده و با نتایج ارائه شده در مرجع مقایسه شده است. همچنین یک توربین پر سرعت به صورت سه بعدی شبیه سازی شده و نتایج به دست آمده شامل نمودار دما و پروفیل سرعت، با نتایج مرجع مقایسه شده است. نتایج نمایانگر صحت روش به کار رفته است. جریان در موتور درون چاهی حفاری انتخاب شده در چهار اختلاف فشار مختلف شبیه سازی شده است. پروفیل های سرعت، فشار و تنش برشی در طول موتور و در سطح مقطع های مختلف به دست آمده است. همچنین بردارهای سرعت ذرات سیال و گشتاور ایجاد شده توسط سیال به دست آمده است. نمودار گشتاور بر حسب اختلاف فشار دو سمت موتور به دست آمده از شبیه سازی با نمودار ارائه شده در کاتالوگ سازنده مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد طول ناحیه ی توسعه یافتگی برای موتور در حدود mm300 است. همچنین با افزایش اختلاف فشار دو سمت موتور مقدار گشتاور، سرعت ماکزیمم سیال و تنش برشی دیواره افزایش می یابد.