本课题属于国家高技术研究发展计划(863计划)“精确喷灌技术与产品”,所属项目为农业高效用水精量控制技术与产品(课题编号:2011AA100506)的研究内容之一。高比转速自吸离心泵采用柴油机驱动,空气压缩机与泵轴联动的工作方式,泵机组启动前不需向泵体内灌水,泵可快速正常运转的结构形式,保证了高比转速自吸离心泵高效、快速的自吸性能。泵机组用于干旱输水、河流排污、山洪排涝和市政建设等场所。本课题主要的研究工作和创新点如下:(1)泵的水力设计。对该高比转速自吸离心泵的叶轮和压水室进行水力设计,详细阐述各个过流部件的设计过程和设计结果,并绘制水力图。(2)泵机组的自吸结构设计。设计一种自吸排气结构,以保证泵能够高效地完成自吸。该结构主要的机理是通过压缩机压缩空气使得泵腔内形成负压,气液分离室止回阀开启,压缩空气与泵腔内气体不断混合,并由喷嘴排出,直至进口管路气体被抽干,泵开始正常工作。(3)泵内部流场的数值模拟。运用CFD软件对泵进行全流场的数值模拟,分析高比转速自吸离心泵在0.4Q、0.6Q、0.8Q、1.0Q、1.2Q工况点下运行时内部流态分布。计算各个工况点的扬程、效率及轴功率,预测高比转速自吸离心泵水力性能,在额定设计工况点扬程的模拟计算值为H=45.98m,效率的模拟值为η=73.15%,满足设计要求;模拟研究叶片厚度对泵性能的影响,叶片厚度最厚处置于叶片出口2/3处时,泵的性能最优。(4)泵空化现象的研究与性能预测。以高比转速自吸离心泵液相数值计算结果为初值,载入空化模型,模拟该泵的空化现象,分析高比转速自吸离心泵在不同工况下出现空化现象时的内部流态,预测其空化性能。泵的装置空化余量NPSHa越低,泵腔内空泡生成率越高,空泡在叶片背面进口边开始生成,并且不断向泵的出口边延伸,泵的空化性能随流量的增大而变差,泵在设计工况下预测得到的必需空化余量NPSHr=5.08m。(5)泵的试验研究。对高比转速自吸离心泵进行外特性试验研究,在设计工况点,流量Q=502.44m3/h、扬程H=45.22m,效率η=72.79%,试验结果与数值模拟结果的误差很小,数值模拟能够较为准确地反应泵的内部流动。