轴流式油气混输泵有缩短平台建设周期,降低原油开采成本,输送含有部分砂粒介质,实现大排量输送等特点,并由此引起国内外高度重视。油气混输泵输送的介质常含有油、气、水和砂等多相介质,且含气率常常从0-100%随机变化,这将导致混输泵很难在较宽的高效区运行。此外,由于输送介质的复杂性,导致混输泵效率和扬程较低,稳定性较差,甚至会产生振动和噪音。分析其原因主要有:一,轴流式油气混输泵设计方法还不够成熟;二,对其泵内部流动机理的认识还不够清晰,特别是对高含气率下泵内气液两相的流动机理的认识还不够深入;三,由于其泵内部复杂的流动状态与其独特的压缩单元结构,共同导致了泵不能很好的工作。但目前对油、气、水和砂等多相介质之间的相互作用机理的研究却鲜有文献报道。基于此,本文从螺旋轴流式油气混输泵内气液两相瞬态流动特性展开研究,通过其研究可进一步深化对油气混输泵内流动机理的认识,为其泵的结构优化设计、性能提高和流动诱导振动的控制提供理论参考,以使该泵能在工程中得到广泛应用。本文主要研究内容和成果如下:1)螺旋轴流式油气混输泵的设计与流场计算设计出具有由多级压缩单元串联组合结构型式的螺旋轴流式油气混输泵模型,并采用数值计算方法对三级轴流式混输泵全流道流场特性进行定常数值研究,得到混输泵流道内气液两相介质的运动特性,分布规律及水力性能。发现两相流动受叶片动静干涉作用以及有限叶片数的影响较为明显,并揭示了混输泵内相态分离和气相局部聚集机理。2)螺旋轴流式油气混输泵内气液两相瞬态流动的计算为确保混输泵在含气工况下的可靠稳定运行,对不同含气率时混输泵内瞬态流动过程进行计算,研究混输泵内部瞬态水动力特性和叶轮动力特性,揭示了混输泵的瞬态轴向力与径向力随含气率的变化规律,以及混输泵压缩单元的压力脉动特性。3)气液两相条件下,螺旋轴流式油气混输泵内空化瞬态特性针对空化对水力机械叶轮可产生较为严重危害的特点,通过对不同含气率时混输泵内两相空化瞬态流动规律的分析,揭示不同空化程度时泵内空化发生的位置、空泡的演变规律,以及含气率与空化之间的相互关系。并通过与无空化流动的对比,分析空化流动对混输泵水动力特性的影响,结果表明空化流动诱导的非定常激励的变化导致泵受力及振动特性发生改变,对泵运行的稳定性及安全性造成了影响。