液-固两相流的一些理论和应用在许多工程领域都有所涉及。如水力除砂,深海扬矿以及石油工业油层水力压裂支撑剂的运移和环空内流体与岩屑的流动等。水平井和大位移井的钻进过程中,环空内岩屑运移不充分会导致岩屑的积累,会引起高摩阻和高扭矩、卡钻和憋钻等安全事故的发生。近些年来,国内外逐渐兴起螺旋叶片式岩屑清洁工具的设计与研究工作。通过在钻杆管体上加工若干形状的叶片,通常叶片直径与钻杆接头接近并与钻杆连接使用,通过钻杆的旋转带动下诱导环空内产生螺旋流来破坏和清除岩屑床。然而岩屑清洁工具运行受相关的影响制约因素众多,不同因素之间相互作用关系复杂,因此对岩屑清洁工具所诱导环空内的螺旋流流场及其内部液固两相流动问题进行研究具有重要意义。本文基于欧拉双流体模型(TFM)结合颗粒动力学理论(KTGF)研究液固两相流动问题,采用Huilin-Gidaspow模型计算相间作用力,使用滑移网格方法来实现叶片域的旋转,最终实现对环空内岩屑清洁工具流场的三维数值模拟分析。针对不同结构参数和水力参数,选取不同的旋转速度,不同的叶片高度,不同的叶片螺旋角,不同的旋转方向,并对单相钻井液条件下螺旋叶片诱导螺旋流的衰减规律以及液固两相流动特性展开数值模拟研究。研究结果表明,在钻井液单相流动情况下叶片后方诱导螺旋流的旋流强度呈指数型规律衰减,初始旋流强度随旋转速度和叶片高度的增加显著增强;在叶片逆时针旋转情况下,初始旋流强度随螺旋角的增加逐渐减弱,而顺时针旋转时则产生相反的规律现象。不同条件下叶片诱导螺旋流的携岩能力均随轴向位移的增加而减弱,旋转速度和叶片高度的增加可以显著增强叶片后方岩屑颗粒的悬浮能力。逆时针旋转时,随着螺旋角的增加,叶片诱导螺旋流对岩屑的携岩能力逐渐减弱,顺时针旋转时所得到规律则相反。研究结果可以为将来设计出更合适,更高效的岩屑清洁工具提供一定的指导。