【摘 要】
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全球面临严重的能源危机问题,探索海洋石油,天然气等资源已经迫在眉睫,其中输送相关资源的设备尤为重要,传统的输送设备效率低,报损率高。螺旋轴流式油气混输泵输送流量大,性能稳定,对复杂多介质流体和高含气率流体具有较强的输送能力。本文选用一套完整混输泵模型作为基础模型,利用计算流体力学中欧拉多相流模型以及RNG?-?湍流模型进行数值模拟,对混输泵的内流场进行数据分析,总结出压缩单元级流道流动特性与气泡运
【基金项目】
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国家重点研发计划,课题名称:叶片泵多目标水力设计方法及气液两相增压输送关键技术（2018YFB0606100）；
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全球面临严重的能源危机问题,探索海洋石油,天然气等资源已经迫在眉睫,其中输送相关资源的设备尤为重要,传统的输送设备效率低,报损率高。螺旋轴流式油气混输泵输送流量大,性能稳定,对复杂多介质流体和高含气率流体具有较强的输送能力。本文选用一套完整混输泵模型作为基础模型,利用计算流体力学中欧拉多相流模型以及RNG?-?湍流模型进行数值模拟,对混输泵的内流场进行数据分析,总结出压缩单元级流道流动特性与气泡运动轨迹,定义气体相对聚集度作为衡量气相聚集程度的标准,气体相对聚集度概念适用于各种入口含气率的工况。在探究叶轮流道流动规律后,提出基于翼型平移与扭转形成弯曲叶片与扭曲叶片的改型方案,定义扭转度作为衡量叶片扭曲程度的系数,并对改型方案进行数值模拟,总结不同改型方案对混输泵气相流动特性的影响。主要结论如下:（1）气泡在流道内运动轨迹在每一个流面上均有差异性与相似性,整体运动轨迹比较类似于一个平抛球的运动轨迹;在流道前段影响气泡运动轨迹的主要是径向压强梯度力形成的气液相间排挤效应,在流道出口附近影响气泡运动轨迹的主要因素是叶片出口压力侧与吸力侧形成的逆压梯度。（2）基于轮毂侧翼型平移形成的弯曲叶片向吸力侧弯曲时,能有效的降低流道内气体相对聚集度,并抑制叶片背面尾缘处回流涡的形成。随着弯曲叶片由压力侧向吸力侧弯曲的过程中,在翼型平移距离+3mm到-3mm的变化范围内,靠近叶轮出口的回流涡逐渐减小直至消失。（3）以轮毂侧翼型前缘点作为扭转中心的扭曲叶片向压力侧方向扭曲时,可以缓解叶片尾缘处的气相聚集程度;随着扭曲叶片沿吸力侧向压力侧扭曲的过程中,在扭转度从-0.214到+0.214线性变化范围内,混输泵叶轮流道后半段的气体相对聚集度从0.181减小为0.15。（4）以轮毂侧翼型弦长中心作为扭转中心的扭曲叶片沿逆时针方向扭转有助于降低流道内的气体相对聚集度;随着扭曲叶片的尾部沿吸力侧向压力侧扭曲,扭曲叶片的头部沿压力侧向吸力侧扭曲的过程中,在扭转度从-0.214到+0.214线性变化范围内,混输泵叶轮流道后半段的气体相对聚集度从0.179减小为0.145。（5）以轮毂侧翼型后缘点作为扭转中心的扭曲叶片向吸力侧方向扭曲时,有助于叶片背面尾缘处气液混合物的加速运动,进一步减少叶片背面的低速区;随着扭曲叶片沿压力侧向吸力侧扭曲的过程中,在扭转度从-0.214到+0.214线性变化范围内,混输泵叶轮流道后半段的气体相对聚集度从0.175减小为0.129,叶片背面尾缘处的回流涡基本消失。本文创新点:通过有限体积法提取流面上网格节点的径向速度,轴面速度;分别对每个网格节点的径向速度与轴面速度进行求和,利用均值法获得单一网格对应的径向与轴面平均速度;利用积分思想对流道流面网格上的径向速度与轴面速度均值进行累计求和,获得气泡的运动轨迹及其数学表达。
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