本文系国家杰出青年基金项目“离心泵基础理论和节能关键技术研究”(编号50825902)和国家自然科学基金项目“离心泵内部非定常流动诱导振动和噪声机理”(编号:50979034)部分研究内容。 随着离心泵在多个领域的广泛应用,人们对其运行的安全性越来越重视。离心泵在运行过程中,尤其在小流量工况下会产生很多不稳定现象。离心泵内旋转失速现象的发生会使泵的外特性发生改变,产生正斜率。在发生失速的流量范围内运行会产生振动和噪声,甚至导致系统的共振,严重影响离心泵性能。因此,离心泵内旋转失速现象的研究在流体机械领域具有极其重要的意义。 本文采用数值模拟的方法对离心泵内旋转失速现象进行了研究。研究工作和主要结论有: 1.运用Pro/E软件创建离心叶轮配置单蜗壳压水室和径向导叶压水室两种离心泵模型。对离心泵进行网格数无关性检验,确定了较合理的网格数来使计算结果更加科学和可信。 2.应用Fluent软件对两种压水室离心泵分别在0.2(Q)d-1.2(Q)d流量范围内进行定常数值计算,研究发现导叶离心泵H-(Q)性能曲线在0.6(Q)d-0.7(Q)d流量段出现了正斜率,初步分析其原因为导叶离心泵内发生了旋转失速现象。通过定常模拟离心泵模型内部湍流流场及相关理论,进一步探讨正斜率曲线出现的原因,认为正斜率曲线是由于叶轮进口预旋及离心泵内旋转失速共同作用所致。　　3.运用Fluent软件提供的非定常算法对径向导叶离心泵内部流动进行模拟。研究发现,O.7(Q)d工况下导叶和叶轮流道内压力分布的不均匀使得导叶和叶轮流场出现了旋涡,并且在叶轮进口出现回流现象。随着流量减小到0.6(Q)d工况时,导叶进口靠近叶轮轮缘处出现了稳定的失速区,并随着圆周方向朝叶轮旋转相反的方向传播,即导叶流道内出现了旋转失速现象。导叶进口及出口压力分布的不均匀使得失速区沿着圆周方向传播,传播速度约为叶轮转速的20%。通过设置压力监测点,发现离心泵出现旋转失速现象时,流道内部出现低频压力脉动。 4.提出了通过导叶开槽来抑制离心泵内旋转失速的方法。研究表明,导叶单开槽可以使旋转失速的发生向小流量工况偏移,有效地扩大了离心泵稳定运行的安全区间。导叶双开槽可以有效地抑制离心泵内旋转失速现象的发生,但其扬程和效率都会相应地降低。通过比较可知,离心泵导叶单开槽时扬程和效率优于导叶双开槽。因此在抑制离心泵内旋转失速时应根据工作需求来确定具体方案。当需要较大的稳定运行区间时应损失部分效率而选用导叶双开槽方案,当其需要的稳定运行区间较小而对效率要求较高时应选用导叶单开槽方案。