51、多相流中旋转速度对电潜泵性能的影响及电动螺丝刀设计

多相流中旋转速度对电潜泵性能的影响及电动螺丝刀设计

1. 电潜泵研究背景与目的

电潜泵（ESP）作为离心泵的一种，是油气行业中第二大广泛使用的人工举升方法。它由多个通过单轴连接的阶段组成，每个阶段包含叶轮、扩散器和密封系统。叶轮旋转增加流体的动能，扩散器则扩散流体并将其引导至下一阶段。在油气行业，电潜泵用于增压和将流体从地下输送到地面。

本次研究旨在探讨在保持其他参数（模型、网格、液体和气体流速、时间步长）不变的情况下，改变旋转速度对电潜泵的影响。同时，还将讨论和比较不同旋转速度下泵内气泡和气囊的行为。

2. 电潜泵数值模拟

2.1 前人模拟方法

为了研究电潜泵中旋转部件（叶轮）和静止部件（扩散器）之间的速度差异和界面影响，Gonzalez 等人使用滑动网格技术结合非定常流来求解粘性不可压缩的 Navier - Stokes 方程，模拟了离心泵。他们发现该模型能够预测泵内的影响，并建立了全局参数（扭矩、蜗壳流量、叶轮相对位置等）之间的关系，其中压力力是主要驱动力。

滑动网格方程和 Navier - Stokes 方程如下：
- 滑动网格方程 1：
(\frac{d}{dt}\int_{V}\rho\phi dV+\int_{\partial V}\rho\phi(\vec{u}-\vec{u_g})\cdot d\vec{A}=\int_{\partial V}\Gamma\nabla\phi\cdot d\vec{A}+\int_{V}S_{\phi}dV)
其中，(\rho) 是流体密度，(V) 是体积，(\phi) 是通用标量，(\vec{u}) 是流速向量，(\vec{u_g