氣液兩相條件下葉片開孔對(duì)電潛泵性能和內(nèi)部流場的影響

收稿日期： 2022-12-21； 修回日期： 2023-04-20； 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間： 2024-05-23

網(wǎng)絡(luò)出版地址： https：//link.cnki.net/urlid/32.1814.TH.20240522.1040.006

基金項(xiàng)目： 國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51979138）；江蘇省杰出青年基金資助項(xiàng)目（BK20230011）

第一作者簡介： 王通（1987—），男，寧夏中寧人，高級(jí)工程師（wangtong3@cosl.com.cn），主要從事稠油開采和人工舉升研究.

通信作者簡介： 周嶺（1986—），男，河南南陽人，研究員（lingzhou@ujs.edu.cn），主要從事流體機(jī)械內(nèi)流機(jī)理研究.

摘要： 為了研究電潛泵內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理，從而改善高含氣工況下電潛泵的氣液混輸性能，文中基于歐拉-歐拉非均相流模型，對(duì)不同入口含氣率工況下葉片開孔前后的氣液兩相流動(dòng)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，探究了氣液兩相流條件下葉片開孔對(duì)電潛泵性能和內(nèi)部流場的影響．結(jié)果表明，在純水工況以及低含氣率、小流量工況下，葉片開孔會(huì)降低電潛泵性能；但是葉片開孔可以改善電潛泵在大流量下的氣液混輸性能．葉片開孔后會(huì)改變?nèi)~輪內(nèi)部壓力分布，使電潛泵葉輪內(nèi)部平均壓力升高，進(jìn)而改善葉輪內(nèi)部流態(tài)．葉片開孔后會(huì)沖散氣相聚集，使氣體分布更加均勻，葉輪流道內(nèi)渦核分布明顯減少，減少了能量耗散．該研究為改善電潛泵氣液混輸性能提供了理論依據(jù)．

關(guān)鍵詞： 電潛泵；葉片開孔；氣液兩相流；數(shù)值模擬；渦核分布

中圖分類號(hào)： TE53; TH311" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A" 文章編號(hào)： 1674-8530（2024）06-0548-08

DOI：10.3969/j.issn.1674-8530.22.0311

王通，王健，施衛(wèi)東，等.氣液兩相條件下葉片開孔對(duì)電潛泵性能和內(nèi)部流場的影響［J］.排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2024，42（6）：548-555.

WANG Tong， WANG Jian， SHI Weidong， et al. Effect of blade perforation on performance and internal flow field of electric submer-sible pump under gas-liquid two-phase conditions［J］. Journal of drainage and irrigation machinery engineering（JDIME），2024，42（6）：548-555.（in Chinese）

Effect of blade perforation on performance and internal flow field of

electric submersible pump under gas-liquid two-phase conditions

WANG Tong1， WANG Jian2，3， SHI Weidong4， HAN Yong2， ZHOU Ling2*

（1. China Oilfield Services Limited， Tianjin 300459， China; 2. National Research Center of Pumps， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu 212013， China; 3. Weichai Power Co.， Ltd.， Weifang， Shandong 261000， China; 4. School of Mechanical Engineering， Nantong University， Nantong， Jiangsu 226019， China）

Abstract： In order to study the internal flow mechanism of the electric submersible pump， so as to improve the gas-liquid mixing performance of the electric submersible pump under high gas content conditions， numerical simulation based on the Eulerian-Eulerian non-homogeneous flow model was carried out to analyze the gas-liquid two-phase flow characteristics before and after the blade perforation. The effect of blade perforation on the performance and internal flow field of the electric submersible pump under the conditions of gas-liquid two-phase flow was investigated. The results show that in pure water environment， the blade perforation reduces the performance of the electric submersible pump under low gas content and small flow rate condition. However， the blade perforation can improve the gas-liquid mixing performance of the electric submersible pump under large flow rate. Blade perforation changes the pressure distribution inside the impeller， so that the average pressure inside the impeller of the electric submersible pump rises， thus improving the flow pattern inside the impeller. Blade perforation also disperses the gas-phase aggregation and makes the gas distribution more uniform. As a result， the distribution of vortex core in the impeller channel is significantly reduced， which reduces the energy dissipation. This study provides a theoretical basis for the subsequent improvement of the gas-liquid mixing performance of the electric submersible pump.

Key words： electric submersible pump;blade perforation;gas-liquid two-phase flow;numerical simulation;vortex core distribution

石油和天然氣在世界工業(yè)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著重要的角色［1-2］.電潛泵憑借舉升揚(yáng)程高、適應(yīng)流量范圍廣、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于石油和地?zé)岬茸匀毁Y源開發(fā)中［3-4］．在石油開采過程中，經(jīng)常有氣體摻雜于原油中，易導(dǎo)致電潛泵揚(yáng)程、效率等性能指標(biāo)下降．同時(shí)，隨著全球原油儲(chǔ)量的不斷減少，原油的開采成本及技術(shù)難度不斷增加［5］．因此提高電潛泵在氣液兩相流工況下的輸送性能對(duì)于節(jié)能降耗、保障能源燃料穩(wěn)定供給尤為重要．

為了提高氣液兩相工況下泵的性能，眾多學(xué)者采用數(shù)值模擬和試驗(yàn)的方法對(duì)泵內(nèi)氣液兩相流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了研究，為改善氣液混輸性能提供了有力的理論支撐．CARIDAD等［6］采用雙流體模型對(duì)電潛泵內(nèi)部氣液兩相流進(jìn)行了研究，通過改變流量和氣泡直徑，分析了葉輪流道內(nèi)氣相和液相分布．研究表明，含氣工況下的性能下降是由于葉輪流道內(nèi)氣體聚集造成的，氣相聚集現(xiàn)象主要出現(xiàn)在葉片壓力面，氣相含量越大氣相聚集越明顯，進(jìn)而造成泵揚(yáng)程降低．BARRIOS等［7］采用可視化模型和高速攝影對(duì)電潛泵氣液兩相流特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在高含氣時(shí)氣體聚集在葉片壓力面一側(cè)，造成電潛泵的性能下降，由此推斷出可以通過減小氣相聚集面積來提高性能．ZHANG等［8］對(duì)三級(jí)電潛泵進(jìn)行數(shù)值計(jì)算及試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)氣泡尺寸與揚(yáng)程下降有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性．ZHOU等［9］對(duì)離心泵內(nèi)部氣液兩相流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)泵的性能曲線隨著氣相含量的增加而下降．方欣［10］研究了氣液兩相條件下電潛泵的性能，發(fā)現(xiàn)氣液比越大時(shí)泵性能越差，氣相在流道內(nèi)表現(xiàn)出周期性的聚集、擴(kuò)散．張開輝［11］對(duì)氣液混輸離心泵研究發(fā)現(xiàn)，隨著進(jìn)口含氣率的增加，泵的揚(yáng)程和效率都有所降低，并且含氣率越高，性能下降越快，氣相主要聚集在葉輪葉片吸力面的中部以及葉片出口邊緣．

此外，部分學(xué)者將研究聚焦于電潛泵入口處，即通過增設(shè)油氣分離器來減少泵內(nèi)氣相聚集．萬邦烈［12］通過在電潛泵入口處裝設(shè)油氣分離器使氣相聚集減弱，從而提高了電潛泵性能．吳紹偉等［13］在應(yīng)用塔式泵設(shè)計(jì)理念的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新型塔式電潛泵，同時(shí)使用油氣分離器，大幅度提升了泵處理氣體的能力．李京瑞等［14］通過在氣液混合器的葉片上開孔，發(fā)現(xiàn)選擇合適的開孔孔徑和開孔位置有利于氣泡破碎，可以提高泵的性能．近年來大部分學(xué)者通過改進(jìn)電潛泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來提升其性能．SHI等［15］把普通葉輪的葉片設(shè)計(jì)成分流葉片并對(duì)2種不同葉輪進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，研究表明，采用分流葉片后，葉輪流道內(nèi)氣相聚集面積減小，電潛泵性能得到提高．WANG等［16］對(duì)具有不同長短葉片布置的葉輪進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，研究表明，當(dāng)短葉片越接近于長葉片的吸力面時(shí)，長葉片附近的氣相聚集面積越小，葉輪內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)改善越顯著．張金亞等［17］為改善葉片式混輸泵的氣液混輸性能，提出了3種改進(jìn)的葉輪并分別進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，研究發(fā)現(xiàn)在葉片上開孔會(huì)顯著提高氣液混合程度．譚晶晶［18］對(duì)電潛泵葉片進(jìn)行開縫設(shè)計(jì)，開縫后的葉片會(huì)在高含氣區(qū)域產(chǎn)生射流造成氣泡破碎，進(jìn)而提高了電潛泵氣液混輸性能．

上述研究表明，氣液兩相條件下通過葉片優(yōu)化提高電潛泵性能主要集中在采用分流葉片和開縫葉片，且取得一定成效．文中對(duì)電潛泵葉片進(jìn)行開孔，基于歐拉-歐拉非均相流模型，進(jìn)行單級(jí)電潛泵葉片開孔前后不同含氣率下流場仿真計(jì)算，探究葉片開孔對(duì)氣液兩相工況下外特性和內(nèi)部流動(dòng)的影響，為后續(xù)優(yōu)化此類電潛泵提供理論依據(jù)．

1" 計(jì)算模型及網(wǎng)格劃分

1.1" 計(jì)算模型

選取單級(jí)電潛泵為研究對(duì)象，其各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)中，設(shè)計(jì)流量Qdes=140.00 m3/d，單級(jí)揚(yáng)程Hdes=5.79 m，額定轉(zhuǎn)速n=2 917 r/min，葉片數(shù)Z=6，葉輪進(jìn)口直徑為35.60 mm，葉輪出口直徑為78.80 mm．計(jì)算模型由進(jìn)口、葉輪、導(dǎo)葉、腔體和出口組成．為了使進(jìn)、出口流動(dòng)充分發(fā)展，對(duì)進(jìn)、出口段長度進(jìn)行了適當(dāng)延長，分別為葉輪進(jìn)口外徑的5倍和10倍．采用UG NX軟件對(duì)整體計(jì)算區(qū)域進(jìn)行建模，如圖1所示．

1.2" 計(jì)算域網(wǎng)格劃分及無關(guān)性驗(yàn)證

采用 ICEM 19.0軟件進(jìn)行計(jì)算域的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，在CFD計(jì)算中，網(wǎng)格對(duì)于求解精度及求解速度影響較大，因此對(duì)葉片附近進(jìn)行加密處理，并保證所有網(wǎng)格質(zhì)量在0.2以上，圖2為計(jì)算域網(wǎng)格．

為了驗(yàn)證網(wǎng)格數(shù)量對(duì)數(shù)值計(jì)算的影響，劃分了5組不同數(shù)量的網(wǎng)格并在設(shè)計(jì)流量下進(jìn)行了仿真計(jì)算．隨著網(wǎng)格數(shù)的增加，揚(yáng)程趨于穩(wěn)定，考慮到計(jì)算成本和精度，選擇總網(wǎng)格數(shù)為2 593 236的方案進(jìn)行仿真計(jì)算．

1.3" 數(shù)值模擬方法

采用適用于泵內(nèi)氣泡流流型的歐拉-歐拉非均相流模型，進(jìn)行電潛泵氣液兩相流仿真計(jì)算［19-20］．兩相介質(zhì)分別為水和空氣，液相為連續(xù)相，為25 ℃的清水，采用SST k-ω湍流模型［21］，湍流強(qiáng)度為5%；其中氣相為離散相，采用離散相零方程模型，氣液兩相均設(shè)置為不可壓縮流體［22-24］，相間傳遞方式采用粒子模型．設(shè)置入流氣泡直徑為0.2 mm，并假定流動(dòng)中氣泡直徑保持不變，氣相表面張力系數(shù)為0.073［25］．進(jìn)、出口邊界條件分別設(shè)置為參考?jí)毫M(jìn)口、質(zhì)量流量出口．固體壁面邊界條件設(shè)為非滑移，近壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，收斂精度設(shè)置為10-4．

1.4" 外特性試驗(yàn)及驗(yàn)證

為驗(yàn)證仿真計(jì)算的準(zhǔn)確性，對(duì)單級(jí)電潛泵的實(shí)體模型進(jìn)行了測(cè)試，外特性試驗(yàn)簡圖如圖3所示．文中電潛泵的性能試驗(yàn)在開式電潛泵試驗(yàn)臺(tái)上完成．試驗(yàn)臺(tái)配有 ZNX-AK 流量計(jì)，測(cè)量精度：±0.1%；SGDN 扭矩儀，測(cè)量精度：±0.5%．葉輪和導(dǎo)葉均選用不銹鋼材料精鑄制成，以保證模型的尺寸精度．

根據(jù)最終選定的網(wǎng)格劃分方案和湍流模型，對(duì)單級(jí)電潛泵進(jìn)行了純水工況仿真計(jì)算，圖4所示為額定轉(zhuǎn)速和額定流量下單級(jí)電潛泵的試驗(yàn)性能和數(shù)值模擬的預(yù)測(cè)特性對(duì)比．圖中H為揚(yáng)程，η為效率，P為功率.

由于數(shù)值模擬計(jì)算中忽略了平衡孔和進(jìn)口口環(huán)間隙，因此其揚(yáng)程高于試驗(yàn)得到的揚(yáng)程.同時(shí)模擬計(jì)算時(shí)忽略了部分容積損失和機(jī)械損失，如傳動(dòng)損失、摩擦損失，導(dǎo)致數(shù)值模擬得到的軸功率與試驗(yàn)存在一定誤差．但總體上，模擬預(yù)測(cè)的電潛泵揚(yáng)程、效率和軸功率的變化趨勢(shì)與性能測(cè)試結(jié)果基本一致，說明文中的數(shù)值計(jì)算結(jié)果基本可靠，選用的數(shù)值計(jì)算方法精度較高．

2" 葉片開孔對(duì)電潛泵氣液兩相影響

對(duì)葉片開孔和不開孔的電潛泵方案分別在3個(gè)工況點(diǎn)（0.6Qdes，1.0Qdes，1.4Qdes），入口含氣率為1%，3%，5%進(jìn)行了氣液兩相數(shù)值模擬計(jì)算．孔的主要參數(shù)：孔中心距葉片中心的距離R=27.5 mm；孔徑D=5 mm；葉片開孔角β=60°，開孔后的葉輪水體如圖5所示．

2.1" 葉片開孔前后外特性變化對(duì)比

圖6，7分別為葉片開孔前后不同入口含氣率時(shí)電潛泵揚(yáng)程、效率、功率隨流量的變化曲線，圖中α為含氣率．從圖中可以看出，在相同的入口含氣率條件下，葉片開孔前后的電潛泵外特性的變化趨勢(shì)一致，揚(yáng)程都是隨著流量增大而下降，效率隨著流量的增大先上升后下降并在1.0Qdes達(dá)到最大值，功率隨著流量的增大而增大，外特性的變化趨勢(shì)與純水工況下趨勢(shì)較為相似．當(dāng)輸送含氣液體時(shí)，原電潛泵和葉片開孔電潛泵的揚(yáng)程、效率和功率都有明顯下降，入口含氣率越大，2種電潛泵的揚(yáng)程、效率、功率下降越顯著．當(dāng)入口含氣率為1%時(shí)，葉片開孔后在全流量下的揚(yáng)程、效率和功率均小于原模型；當(dāng)入口含氣率為3%時(shí)，0.6Qdes和1.0Qdes的工況下?lián)P程、效率、功率要小于原模型，但當(dāng)流量增大到1.4Qdes時(shí)，葉片開孔電潛泵的揚(yáng)程、效率和功率均高于原模型，揚(yáng)程、效率和功率的增量分別為0.20 m，1.04%，1.74 W，當(dāng)流量從1.0Qdes增大到1.4Qdes時(shí)，原方案和葉片開孔后的揚(yáng)程下降幅度分別為63%和57%，因此葉片開孔后電潛泵的揚(yáng)程下降速率相較于原模型有所減緩；當(dāng)入口含氣率增大到5%時(shí)，2種方案的外特性變化與入口含氣率為3%的情況下相似，在1.4Qdes的工況下?lián)P程、效率、功率的增量分別為0.66 m，3.90%和4.02 W，說明入口含氣率越大，在大流量下葉片開孔后的外特性的增長幅度越大．

綜上所述，通過對(duì)比不同入口含氣率工況下電潛泵的外特性曲線可以得出，當(dāng)入口含氣率增大時(shí)，電潛泵的揚(yáng)程隨著流量的增大而減小，效率隨著流量的增大先增加后下降，功率隨著流量的增大而增大．不僅如此，觀察外特性曲線可知，入流含氣條件下電潛泵的揚(yáng)程、效率、功率都有較大幅度的降低，且隨著入口含氣率的增大進(jìn)一步降低．根據(jù)葉片開孔前后電潛泵外特性數(shù)值對(duì)比可以得出，葉片開孔后電潛泵在高含氣率、大流量工況下會(huì)提高電潛泵的性能，且入口含氣率越大提升效果越顯著，而在較小的入口含氣率和小流量設(shè)計(jì)工況下會(huì)降低電潛泵的性能，因此推薦在高含氣率、大流量條件下采用葉片開孔式電潛泵．

2.2" 葉片開孔前后電潛泵內(nèi)流場對(duì)比分析

為了進(jìn)一步探究葉片開孔對(duì)電潛泵性能的影響，對(duì)比分析入口含氣率為5%的工況下原電潛泵與葉片開孔電潛泵在0.6Qdes，1.0Qdes和1.4Qdes工況下內(nèi)部流動(dòng)特征．選取葉輪中間截面的壓力分布、氣相體積分?jǐn)?shù)分布以及渦核分布進(jìn)行對(duì)比研究．

2.2.1" 壓力分布

葉輪中間截面壓力p分布如圖8—10所示，由圖可知，葉片開孔前后電潛泵的壓力分布有許多相似之處，即從葉輪進(jìn)口處到葉輪出口處壓力逐漸增大，葉輪出口位置壓力達(dá)到最大，壓力最小的位置處于葉輪進(jìn)口處，葉輪出口處都出現(xiàn)不同程度的高壓區(qū)，進(jìn)口處都出現(xiàn)不同程度的低壓區(qū)．在相同的半徑位置葉輪工作面的壓力要大于背面的壓力．在0.6Qdes，1.4Qdes工況下，隨著流量的增大，葉輪內(nèi)部平均壓力增大，這是因?yàn)榱髁枯^小時(shí)，流體進(jìn)入的進(jìn)口沖角較小，易產(chǎn)生分離渦，當(dāng)流量增大時(shí)，流體進(jìn)入的進(jìn)口沖角變大，此時(shí)分離渦影響范圍減小，產(chǎn)生的低壓區(qū)范圍也減小．葉片開孔前后電潛泵內(nèi)部壓力分布也有許多不同之處，相較于原未開孔方案，開孔后電潛泵內(nèi)部壓力分布不均，由于流體在流入葉輪時(shí)流體方向發(fā)生突然改變，且開孔后流體經(jīng)過孔后產(chǎn)生高速射流，造成工作面靠近孔的位置出現(xiàn)低壓區(qū)，使背面出現(xiàn)部分高壓區(qū)，但背面產(chǎn)生的高壓區(qū)的壓力要小于工作面產(chǎn)生的低壓區(qū)壓力．在1.0Qdes工況下，原電潛泵非設(shè)計(jì)工況較葉輪中間截面的壓力分布更為均勻，且葉輪流道內(nèi)未出現(xiàn)大面積的低壓區(qū)．電潛泵開孔后，流體在葉輪流道內(nèi)流動(dòng)方向發(fā)生改變使葉輪流道內(nèi)壓力的分布發(fā)生變化，孔在工作面的銜接位置會(huì)出現(xiàn)低壓區(qū)．

綜上所述，葉輪開孔前后壓力最大和最小的位置相同，在偏工況下葉輪開孔后會(huì)改善葉輪流道內(nèi)的壓力分布，會(huì)使葉輪內(nèi)部平均壓力增大，使葉輪流道中間位置壓力升高，進(jìn)而改善葉輪流道內(nèi)部流動(dòng)和電潛泵的氣液混輸特性．

2.2.2" 含氣率分布

葉輪中間截面在不同流量下的含氣率分布如圖11—13所示.

由圖可知，原電潛泵在大流量和小流量工況下都會(huì)使部分氣體在葉輪流道內(nèi)產(chǎn)生聚集，但在設(shè)計(jì)工況下氣體聚集程度較其他2種工況有所改善，但低含氣率面積占比較小．在0.6Qdes工況下，原電潛泵的葉輪流道進(jìn)口處氣相聚集較多，葉輪流道內(nèi)出現(xiàn)了明顯的氣液流動(dòng)分離現(xiàn)象，且葉輪部分單流道內(nèi)高含氣率區(qū)域面積占比較大，氣體分布不均；葉片開孔后電潛泵葉輪流道內(nèi)的氣相主要分布在葉輪進(jìn)口處、孔流道的側(cè)面和孔與葉輪背面的銜接處，與原電潛泵相比，葉輪的單流道內(nèi)沒有大量氣相聚集的現(xiàn)象，氣體分布較不開孔電潛泵的氣體分布更為均勻．在1.0Qdes工況下，原電潛泵的氣相主要分布在葉輪的出口且葉輪流道中高含氣率區(qū)域面積有所減小，但仍有氣相聚集現(xiàn)象；葉片開孔后電潛泵的氣相分布在葉輪出口處、孔流道側(cè)面和孔與葉輪背面銜接處，與小流量工況下相比，孔流道側(cè)面氣相聚集加劇，但孔與葉輪背面銜接處的氣相聚集減少．在1.4Qdes工況下，原電潛泵氣相主要聚集在葉輪流道中間，且葉輪部分單流道內(nèi)出現(xiàn)大量氣體聚集的現(xiàn)象；葉片開孔后電潛泵的氣相主要聚集在孔流道側(cè)面和孔與葉輪背面銜接處，與原模型相比，葉輪流道中間位置并沒有出現(xiàn)大量氣體聚集的現(xiàn)象，與設(shè)計(jì)工況下相比，孔流道側(cè)面高含氣率面積增大，孔與葉輪背面銜接處高含氣率面積減?。ㄟ^對(duì)比3種不同流量下葉片開孔前后含氣率分布，可以得到葉片開孔后會(huì)明顯改善葉輪流道內(nèi)氣體聚集現(xiàn)象，但由于孔的流道面積較小，隨著流量的增大會(huì)使部分氣體堆積到孔流道內(nèi)，可能會(huì)造成孔流道阻塞．

綜上可知，在大流量和小流量工況下原電潛泵葉輪流道內(nèi)有明顯的氣相聚集現(xiàn)象，足以阻礙葉輪流道內(nèi)的流體流動(dòng)，而通過對(duì)葉輪開孔來改變?cè)姖摫玫娜~輪流道，經(jīng)過孔的流體會(huì)對(duì)另一側(cè)聚集的流體產(chǎn)生沖擊，使氣體分布趨于均勻，減少氣體聚集，因此開孔方案可以改善電潛泵的氣液混輸性能，從而輸送更高氣液比的流體．

2.2.3" 渦核分布

Q準(zhǔn)則法是基于速度梯度張量不變量分析來研究流場中渦團(tuán)結(jié)構(gòu)，目前被廣泛應(yīng)用于分析流場內(nèi)旋渦的產(chǎn)生、發(fā)展和演變規(guī)律［26］．為進(jìn)一步分析變工況下葉片開孔前后渦核變化，選取閾值Q=1 350 s-1進(jìn)行流場分析．圖14—16對(duì)比了入口含氣率為5%、不同流量工況下的葉輪開孔前后的渦核分布．可以看出，在小流量0.6Qdes工況下，葉片開孔前渦核主要集中在葉輪流道中間位置，且各流道分布不均，部分流道內(nèi)渦核尺度較大，葉片表面渦核較小.開孔后各個(gè)流道渦核分布較為均勻，主要集中在開孔位置的葉輪流道、孔內(nèi)以及葉輪進(jìn)出口和葉片表面；在設(shè)計(jì)流量1.0Qdes下，葉片開孔前后較小流量時(shí)渦核尺度急劇衰減，開孔前僅在葉輪進(jìn)口和葉片表面零星分布，但開孔后流道內(nèi)流體流動(dòng)的不穩(wěn)定性加劇，葉片表面、葉輪進(jìn)口以及開孔附近的葉輪流道處渦核尺度較開孔前有顯著增大，孔內(nèi)也有較大尺度的渦核，但相較于小流量工況，孔內(nèi)以及開孔附近的葉輪流道內(nèi)渦核尺度明顯減小；在大流量1.4Qdes下，較設(shè)計(jì)流量時(shí)渦核尺度發(fā)生顯著的改變，開孔前后葉輪流道中部、葉片表面以及進(jìn)口處均存在不同尺度的渦核，且葉輪流道中部存在大尺度渦，部分流道內(nèi)渦核占據(jù)了大部分流道，開孔后葉輪流道中部大尺度渦核得到明顯改善，但葉片表面以及進(jìn)口處渦核數(shù)量顯著增多，孔內(nèi)渦核尺度較設(shè)計(jì)流量進(jìn)一步減?。?/p>

綜上所述，氣液兩相工況下葉片開孔前后，渦核數(shù)量及尺度隨流量的增大先減小后增大，由小流量增長至設(shè)計(jì)流量時(shí)泵內(nèi)流態(tài)穩(wěn)定、能量耗散較??；而在大流量工況下，流速增大，沖擊損失增強(qiáng)，致使能量損失加?。谄r下，葉片開孔后葉輪流道內(nèi)流態(tài)有所改善，在大流量工況時(shí)尤為顯著．

3" 結(jié)" 論

1） 在入口含氣條件下，葉片開孔會(huì)使小流量工況和設(shè)計(jì)工況的電潛泵性能下降，但在高含氣率、大流量工況下會(huì)顯著提高電潛泵的性能．

2） 葉片開孔后會(huì)改變?nèi)~輪內(nèi)部壓力分布，使電潛泵葉輪內(nèi)部平均壓力升高，進(jìn)而改善葉輪內(nèi)部流態(tài)．

3） 在偏工況下，葉片開孔后會(huì)沖散氣相聚集，使氣體分布更加均勻，進(jìn)而改善電潛泵的氣液混輸性能，輸送氣液比更高的流體．

4） 在大流量工況下，葉片開孔后葉輪流道內(nèi)渦核分布明顯減少，能量耗散減少，對(duì)葉輪內(nèi)部流態(tài)起到了改善作用．

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（責(zé)任編輯" 盛杰）