杨 雄，佟 健，冉小丰 （长江大学机械工程学院，湖北 荆州434023）

在径向水平井高压水射流钻井过程中，旋转射流钻头的结构决定了旋转射流的性能，从而也影响了高压旋转水射流破岩的效率。中国石油大学等高校和一些学者对旋转射流钻头的叶轮、喷嘴结构进行了试验研究，并且取得了一定的成果[1，2]；笔者之前也通过Fluent软件对旋转射流钻头内外流场的速度与压力分布和变化规律进行了数值模拟[3]。但叶轮结构对射流流场的影响规律还没有进行深入的探讨。故此将就不同叶轮结构参数对射流流场的影响规律作进一步的研究。

1 确定叶轮结构参数

在影响射流流场的叶轮结构参数中，已经确定叶轮外径为25mm，轮毂直径为6mm；剩下需要考虑的叶轮结构参数为叶轮导向角β、叶轮叶片数n和叶轮长度L0。通过模拟和分析旋转射流的内外流场及应用翼型绕流理论[4]，研究以上3个叶轮结构参数对射流流场的影响规律。此外，在使用Fluent软件进行模拟分析时，首先在选定β、n和L0中任意2个结构参数的情况下，改变另外一个结构参数，设计叶轮结构进行模拟试验与分析。

2 结果与分析

在不同叶轮结构参数条件下，通过对旋转射流钻头内外流场的速度与压力分布和变化规律的数值模拟，得出叶轮入口S1截面和出口S2截面的速度分量 （轴向速度和切向速度）和压力分布 （入口压力和出口压力）（图1），通过计算得到流体通过叶轮之后的旋流强度和流量系数[4，5]，来分析不同叶轮结构参数对旋转射流流场的影响规律，同时还要考虑叶轮的加工制造精度和成本等因素，确定叶轮结构参数的合适范围。……