随着远洋油田的开发,气液多相混输技术由于其显著的经济效益而被各个国家重视起来,目前应用在油气混输系统内的泵主要有螺杆泵和螺旋轴流式油气混输泵两种,由于螺旋轴流式油气混输泵有适应大流量工况、结构紧凑及对固体颗粒不敏感等优点而广泛应用于油田开发。其工况较为复杂,含气量可以在0~100%之间变化,由于在高含气量下泵内容易产生气堵现象,导致流道堵塞,要求螺旋轴流式油气混输泵必须同时具备泵和压缩机的功能。螺旋轴流式油气混输泵内部复杂的气液两相流导致其设计理论不成熟,对其内部复杂气液两相流动的研究具有重要的意义。本文对螺旋轴流式油气混输泵内流动进行数值模拟分析,将动态模态分解(DMD)方法应用于螺旋轴流式油气混输泵的速度场及相态场,深入探求螺旋轴流式油气混输泵内的气液两相流动机理,为该泵的结构设计和性能优化工作提供参考。本文主要研究内容有:采用结构化网格对YQH-90型螺旋轴流式油气混输泵计算域进行离散,采用欧拉双流体两相流模型、SST k-ω湍流模型进行气液两相流动的非稳态数值模拟,并对3套网格下的数值模拟误差进行了验证与校验(V&V)分析。对叶轮及导叶内相态结构分析发现,气液两相流在叶轮内离心力作用下,叶轮内从轮毂到轮缘液相体积百分比逐渐增大,在整个导叶内从轮毂到轮缘气液相态分布基本趋于均匀。随着流量的增大叶轮内相对流速逐渐增大,叶轮内气液分离现象加强。对速度场分析发现,随着径向高度的增大,叶轮内圆周速度逐渐增大,导致其气液两相流速的增大。对压力场的分析结果显示叶轮内从轮毂到轮缘压力逐渐增大。对导叶进出口相态、压力和速度场脉动信号进行FFT分析,能够在一定程度上分析导叶进出口的非稳态特性,但不能有效表达整个非稳态场结构的动态演变信息。采用动态模态分解方法对螺旋轴流式油气混输泵导叶中的非定常速度场及相态场进行分解发现,基于DMD主要模态场的降阶重构模型可以较精确地进行流场的预测,复杂的气液两相流场可以分解为频率为零的基模态特征、叶频及其倍频的动静干扰流场特征及逐步耗散的流场特征。速度场基本模态频率为零,其导叶内流场反映了导叶型线等流道几何特征引起的稳态流场特征,3阶、4阶模态分别反映了动静干扰引起的叶频及其倍频非稳态特征,3、4阶模态在导叶进口形成正负交替且与频率一致的漩涡影响导叶内流场,漩涡在向导叶下游发展的过程中逐步耗散。相态场基本模态表明在导叶叶高较大的截面上,流速越高则含气量越低,相态场的高阶动态模态特征与速度场动态模态特征基本一致。频率是2f_b的速度场模态及相态场模态的特征与其叶频模态(f_b)基本一致,但其能量比叶频模态显著降低。