螺旋轴流式多相泵是一种油气混输增压设备,具有结构紧凑、适用含砂工况等优点。导叶作为连接混输泵前后级叶轮的关键部件,流道内易产生漩涡和气液分离现象,影响混输泵的整体性能。本文将正交试验设计与数值模拟方法相结合,对螺旋轴流式多相泵导叶进行结构优化,以改善导叶内部流动状态,提高多相泵增压性能和运行效率。首先,基于实验室现有的三级螺旋轴流式多相泵进行外特性试验,研究其在不同运行工况下的水力性能,为后续数值模拟方法准确性的验证奠定基础。随后,在与实验运行工况相同用的条件下,利用计算流体力学软件ANSYS CFX对多相泵进行定常数值模拟,预测结果与实验结果相一致,误差在可接受范围内,表明所用数值模拟方法具有可靠性和准确性。数值模拟结果表明,三级多相泵各级导叶均存在明显的气相聚集和液相的回流现象,影响了气液两相流体的正常流动,导致能量损失。针对这一问题,本文选取6个导叶关键结构参数进行了优化设计,运用正交试验设计的方法确定25组导叶结构参数组合,并分别建立模型,通过数值模拟方法对其进行性能预测,对比所选6个导叶结构参数对增压单元性能的影响程度,并分别选取较优的参数构成组合,据此建立优化后导叶的模型。最后在不同工况下对安装优化后导叶的三级多相泵进行数值模拟,对比导叶优化前后多相泵的外特性曲线与内流场规律,预测导叶优化效果。结果表明,对导叶进行优化后泵在各工况下水力性能均有提升,导叶流道内回流现象明显减少,气液分离现象得到抑制,在设计工况下效率提升了7.4%,增压提升了110k Pa。