油气混输是深海油气开采和输运的基础,是人类油气资源战略接替和国家能源安全保障的关键技术,已成为当今世界石油工业科技创新的前沿,并受到了人们的广泛关注,尤其是深海油气开发及输送技术。多相混输泵作为能够同时输送石油和天然气的设备,成为了油气混合资源开采和输运的一项关键装备。其中,螺旋轴流式油气混输泵由于输送流量大、对含气率较高的气液两相介质输送能力强而被广泛应用。但由于气液两相之间的密度差导致气液混输过程中气液分离和流道堵塞等问题影响了油气混输泵的水力性能和可靠性。本文以自主设计的螺旋轴流式油气混输泵压缩单元为基础模型,利用欧拉多相流模型及SST k-?湍流模型对压缩单元的水力性能及内部流场进行了数值预测,并根据外特性实验结果验证了数值模拟方法的准确性。为了研究叶片加厚规律和扭曲规律对混输泵性能的影响,分别定义了气相聚集度、加厚比系数来表征叶轮流道内气相的聚集程度、叶片厚度由轮毂侧到轮缘侧的变化程度。通过调整加厚比系数值,得出具有不同加厚规律的叶轮方案。其次定义了扭曲度使得叶片具有不同的扭曲规律。通过模拟不同方案混输泵的性能,对比分析了加厚比系数和扭曲度对油气混输泵压缩单元外特性和内流特性的影响。主要研究结论如下:(1)在保持轮毂侧最大厚度不变的情况下,混输泵的扬程系数和效率随着加厚比系数的减小而增大;(2)在相同轮毂侧最大厚度的前提下,混输泵叶轮流道内的气相聚集度随着加厚比系数的减小而降低,从而提高了混输泵的气液混输性能;(3)叶轮流道内气相的聚集程度随着扭曲度的增大而减小,叶片扭曲度的增大也能提升混输泵对气液两相的输送能力;(4)变扭曲度叶片可以有效提高混输泵的扬程、效率等外特性,具有扭曲度叶片的混输泵外特性均比原始叶片的混输泵高;(5)流道内湍动能梯度大的区域与气相聚集的区域保持了相似性,气相的聚集造成了流动的不稳定,进而造成了流动损失,使得混输泵的性能下降。本文的主要创新点:通过定义并调整加厚比系数及扭曲度来实现对叶轮的改型设计,并通过对比不同方案混输泵的性能以总结叶片加厚与扭曲规律对混输泵性能的影响;引入了气相聚集度来表征气相在叶轮流道内的聚集情况,更加直观且量化地对气相的聚集情况进行了表达。