连续波泥浆脉冲发生器阀口形状拓扑优化设计

发布时间：2024-04-07 01:53

　　连续波泥浆脉冲发生器的阀口形状与井下脉冲信号的质量密切相关,将直接影响到地面信息的解码效果。为了有效降低建立阀口形状与压力波关系时的复杂程度,结合连续体拓扑结构设计的思想,将阀口的设计区域转化成0-1拓扑结构,将阀口的旋转运动简化为矩阵平移运算;并通过基本几何形状组合设计阀口形状,以拓扑结构的0-1矩阵得出非遮挡区域的面积;建立任意阀口形状结构参数与过流面积、压力波的关系。经过案例分析,设计出内、外轮廓曲线的阀口形状。结果表明,阀口形状优化设计结果对应的压力波与标准的正弦波非常接近,相关系数达到98.2%,可以满足上传信号质量的需求,验证了该方法的可行性。

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【部分图文】：

图1连续波泥浆脉冲发生器工作原理

式中,A为转阀的通流面积,m2;Q为钻井液流量m3/s;Cd为转阀阀口的流量系数;ρ为钻井液密度,kg/m3;Δp为钻井液流经转阀所产生的压降,Pa。1.2理想压力波

图2阀口形状拓扑区域

在0°位置处,将设计截面剪开,并将网格以正方形网格形式展开,形成设计的拓扑区域。在区域水平方向,是沿着角度方向依次增大;区域竖直方向,沿着半径方向依次增大。区域内单元值为0,代表实体,遮挡流体;1代表空,释放流体。对于设计对象,设计的区域展开后可以表示为如图2所示,图中黑色区域单....

图3阀口形状拓扑结构

阀口的形状选用最基本的几何形状组合,如直线、圆,组合构成光滑的曲线。以半径方向为纵坐标,范围[0,R];角度方向为横坐标,范围[0,θ],形成坐标系。将基本几何形状函数对应的半径和角度在设计域内离散化,将所得的离散曲线以r轴为对称轴进行对称操作,即可得到整个阀口的形状,如图3所....

图4阀口形状设计流程

假设定阀和动阀的阀口形状为对称几何形状,控制这些基本形状的变量为(R,θ),其中定阀对应的变量为(rs1,θs1),…,(rsn,θsn);动阀对应的变量为(rr1,θr1),…,(rrn,θrn)。通过调节变量(R,θ),可以得到不同的动、定阀拓扑结构,利用阀口形状....

本文编号：3947495