离心泵是一种关乎国家经济基础的重要的通用流体机械,汽蚀则是制约离心泵性能和发展的重要因素,不仅是离心泵各种叶轮机械都会因为汽蚀现象而导致性能下降,造成设备的振动和噪声,甚至导致机器的损毁破环,所以解决汽蚀问题十分的重要。在离心泵的工作过程中会伴随着叶轮的局部压强降低,尤其是叶轮进口,当压强降低至饱和蒸汽压时就会产生汽蚀,现有的科研成果主要分为两类方法解决汽蚀,一种是提高进口压强,一种是优化叶轮。想要从根本上解决汽蚀问题还要从设备的研发和优化设计做起,所以本文就主要通过叶轮设计,配合数值计算流固耦合分析和离心泵特性试验相结合的方法对离心泵的叶轮汽蚀问题进行研究。本文的主要工作和实验过程如下:1、为了研究叶轮对离心泵汽蚀的影响,运用Ansysbladegen设计了在相同子午面流道,和相同三元叶型情况下设计四种叶片数,四种叶片包角,四种叶片进口角的离心泵叶轮,利用Pro/e对叶轮模型的叶片进行三维设计。2、为了模拟离心泵整机的流场,需要对进口段和扩压器(蜗壳)进行建模,而扩压器也是一个重要的部件,它起着将介质的动能转化为静压能的作用,最后将离心泵各个部件进行装配。3、运用数值模拟软件CFX,对设计好的叶轮进行整机流场和汽蚀模拟,首先对离心泵进行网格无关性分析确定最佳的网格数量,用空化多相非定常模型来模拟离心泵内流场,进口采用总压进口和质量流量出口来调节NPSHa,使用Rayleigh-Plesset方程描述空泡生成和溃灭,使用了 SST湍流模型封闭,采用了多重参考坐标系处理旋转叶轮与蜗壳动静耦合交界面。最后可以得到离心泵叶轮的汽蚀分布,压力分布等高线,速度分布矢量图,以及流线图,并通过内部函数预测了离心泵的外特性参数,对比分析了三类叶片叶轮的汽蚀特征,得出了离心泵叶轮内湍流的汽泡分布规律。试验结果表明:(1)离心泵汽蚀从叶轮进口产生,沿着叶片背面向叶轮流道发展。(2)离心泵叶片数量叶数太少,流体流动情况很不好,流道内有很严重的二次涡堵塞流道,叶数较多的叶轮虽然对流体能量传递更多但是叶片机械损失也就增加,模拟结果表明7叶片的叶轮性能最佳。(3)叶片包角影响叶轮流道的形状,从而影响汽泡的发展和扩散,模拟结果表明包角120°时的汽泡含量最低。(4)叶片进口形状主要影响汽蚀的初生,安放角越小叶片进口越弯曲,冲角越小,紊流就越严重,进而导致局部压力下降加速汽蚀。4、对叶轮进行流固耦合分析,叶轮在有流场预应力载荷的情况下分析其叶轮载荷和振动情况。将上面不同参数的叶轮在NPSHa=2,Q=21kg/s工况下的流场压力施加到叶轮表面上,设置转速为1450r/min,验证叶轮在压力作用下的强度是否满足静力学要求,最后分析叶轮转子的振动特性,结果表明,叶轮的自振频率远小工作频率,满足动力学要求。