机翼型涡轮流体仿真分析

剧远东，冯 进，朱 云 （长江大学机械工程学院，湖北 荆州434023）

在复杂地质条件下钻深井、超深井、水平井、多分支井的过程中，井下随钻测量仪器和井下智能工具是不可缺少的，涡轮发电机作为常见的井下供电电源之一，目前己成为诸多测井系统的井下主电源［1－2］。就井下机翼型涡轮发电机而言，当前国内外已经从各零部件形式等方面进行了大量深入的研究，使整个发电机系统结构更简单、寿命更长，对机翼型叶片研究表明其冲击式流线性好，阻力小，能量转化效率高。因此，对井下涡轮式发电机的机翼型涡轮的性能研究具有重要意义［3］。

1 机翼型涡轮工况分析

井下机翼型涡轮式发电机的主要部件是装置中的定转子，机翼型涡轮在压力流体的冲击下，通过轴带动负载 （线圈）转动，实现发电功能。由于井下安装尺寸的限制以及制造的便捷性，对其结构也有相应的要求。实际工程要求的机翼型涡轮必须同时满足如下3个条件：

式中，Δp为总压降 （定子压降与转子压降之和），MPa；Δpmin为总压降的最小值，MPa；M为对应总压降最小值时的转子输出扭矩，N·m。

实际工程中，在满足上述条件下，Δpmin越接近0.2MPa越好，M越接近15N·m越好。

2 机翼型涡轮数值模拟模型的建立

机翼型涡轮是涡轮发电机的核心部件，为了便于计算和分析，需要对机翼型涡轮内部流场作如下假设［4］：流体模拟过程中，认为钻井液为单相不可压缩流体，即假设钻井液为清水；工作介质密度不变，ρ＝1000kg／m3，并且忽略水温升的影响；……