幂律流体在同心及偏心环形空间中的螺旋流动现象在钻井过程中极为普遍,而钻井液在环空中的流动则有时为层流有时为紊流。紊流是流体粘性运动中最复杂的形式,在石油工业中的流动问题,除少数高粘低速流动外,绝大多数都是紊流流动。近年来,随着计算流体动力学(CFD)和流场测试技术的不断发展,数值模拟和PIV技术在流场特性研究领域得到了良好的推广和应用。因此,开展幂律流体环空流数值模拟及PIV实验研究具有学术理论意义和工程实际应用价值。本文在PHOENICS软件VR-Editor中三维笛卡尔坐标系下建立了同心及偏心环空管道的物理模型,采用SIMPLEST流场数值计算法的同时,应用有限体积法来实现控制方程离散化,紊流计算模型选取k ?ε两方程模型,近壁面采用壁面函数法来处理,模型参数设置与相应工况下的PIV实验情况完全相同,最后实现了对环空流场的数值模拟计算。通过Tecplot、Sci和Origin等软件对数模数据进行后处理,得到了同心及偏心环空流场的速度云图、向量图、流线图及轴向速度分布情况,详细分析了内管旋转角速度、流体粘滞性及偏心度对轴向速度的影响规律;通过流线图,发现偏心环空紊流螺旋流流场中存在二次流动现象,深入分析了偏心度、流体粘滞性、内管转速及旋转方向对二次流的影响规律。本文首次应用PHOENICS流体计算软件对同心及偏心环空管路中紊流螺旋流流场进行了数值模拟计算。数值模拟结果与PIV实验结果基本吻合,表明利用PHOENICS对环空流场进行数值模拟是可行的,验证了数值模拟计算结果的可靠性。这为进一步研究环空流紊流流动提供了理论依据和指导,并可促进PHOENICS软件在环空流模拟中的开发及应用。