随着石油勘探开发的发展,在复杂地质情况下的深井、超深井的数量越来越多,对钻井技术、钻井质量以及钻井的平均机械钻速的要求越来越高。提高机械钻速、降低钻井成本成为目前钻井工作者研究的主要课题,为了保证钻井质量,提高井下破岩效率,使用先进的井下工具、新材料、先进的技术和计算机来辅助钻井已成为当前需要研究的重要方向,因此,如何提高轴流涡轮的水动力转化效率,从而提高轴流涡轮的水力性能,不仅具有工程意义,而且还具有现实价值。而我国石油勘探开发技术和西方发达国家相比还存在着很大的差距,井下轴流涡轮水动力性能研究在国内还处于发展阶段,如何提高轴流涡轮水动力的转化效率还处于实验和摸索状态中,从而导致产品的设计不但周期长、费用高,而且转化效率不够理想。随着计算机科学技术的不断发展,数值模拟技术已经能广泛应用于流体设计、分析等领域,它可缩短产品的设计周期,从而降低其生产成本。传统的涡轮设计过程主要包括涡轮的结构设计、叶片造型设计、水力计算、内流场分析以及性能预测等部分,它们是相互独立的模块,操作困难,设计周期长,不利于探讨涡轮几何参数对其水动力性能的影响。本文应用Visual Basic编程软件,它能与FLUENT流体动力分析、GAMBIT等软件相结合,将涡轮设计的各个模块集成于一体,建立集设计、造型、分析一体化的、高效的轴流涡轮水力模型设计方案,提高井下轴流涡轮水动力的转化效率。本论文主要研究内容：(1)井下轴流涡轮研究的背景和发展现状；(2)叶片几何参数(叶珊距、喉部直径、轴向高度、叶片数等)、前后缘形状对井下轴流涡轮水动力性能的影响；(3)叶片型线(Bezier、高阶多项式、B样条曲线、NURBS曲线等)对轴流涡轮水动力性能的影响；(4)通过研究叶片几何参数和叶片型线对轴流涡轮水动力性能的影响,利用专用软件、计算机辅助设计来探讨诸多因素对其影响,建立集水动力性能设计、造型设计、流体动力分析于一体的井下水动力轴流涡轮模型。通过分析研究,得出主要结论：1.选择设计了涡轮的具体结构,对轴流涡轮各工况运用Fluent软件进行了数值模拟,并较详细地分析了模拟结果,得出涡轮内部流场的具体分布情况和各结构参数对涡轮工作性能的影响和规律。2.通过对涡轮的水力设计计算、Visual Basic编程,开发出涡轮叶片设计程序,完成了CAD建模接口程序,从而大大缩短了建模时间,并对Fluent软件的二次开发,在满足涡轮设计基础上,设计出涡轮工作点的计算程序,大大缩短了产品计算时间和和设计周期。3.设计出涡轮三维叶片,预测出轴流涡轮水动力的机械性能,理论与实验模拟相符合,从而初步设计出集水力设计、造型设计、流体动力分析三者于一体化的软件。