通过数值模拟和试验,研究了叶轮口环间隙对离心泵性能的影响。为准确计算离心泵的扬程和效率,设计了包含前后泵腔在内的全流场模型。基于RNG k-ε湍流模型,建立了3种口环方案,重点从湍动能、涡量和径向力角度,分析了口环间隙对离心泵全流场水力效率和机械效率的影响。结果表明:当口环间隙值减小时,离心泵的扬程和总效率均增大。究其原因有:叶轮内能量耗散降低;叶轮进口处二次流对主流的冲击作用减弱;离心泵的偏心涡动减弱;前腔泄漏量减少。通过对3种口环方案的综合比较,最终确定叶轮口环采用方案I,效率最高而且满足工程实际应用的需要。 

在离心泵多工况研究方面，Neumann从泵内流动损失分析出发。，建立了非设计工况下水力设计参数与通流部件几何参数之间的关系。在带分流叶片离心泵研究方面，Goto等采用全三维数值模拟的方法对泵叶轮中的分流叶片进行了优化设计，提高了泵的吸入性能。何有世等对偏置的分流叶片离心泵叶轮内三维不可压湍流场进行数值模拟。在无过载设计方面，国内黎义斌。讨论过无过载超低比转速离心泵的改型设计。袁寿其等创建了无过载离心泵的理论和设计方法。，他指出减小叶片出口安放角可以控制轴功率，其目的是减小两相邻叶片间流道在出口与进口的面积比[6]，缓解叶轮横截面上的漩涡影响，但是这种方法在大流量下易导致过多摩擦损失和堵塞。本文针对低比转速离心泵效率低和易过载等问题，采用无过载设计并添置分流叶片的设计方法，通过改变叶轮几何参数，设计出3种优化模型。利用ANSYS-CFX对各模型进行数值模拟，分析了外特性及内部流动情况。最后通过试验验证，选取最优设计方案，为设计更佳性能的低比转速离心泵提供参考。 

2优化设计。1设计参数原型泵配套电机转速n=2900r/min，最大轴功率PR为15kW，因此设计时必须防止电机过载。原型泵的设计流量为Q=24m3/h，设计扬程为H=77m，效率要求高于48。3%。2叶轮优化设计文献。详细阐述了加大流量设计法和无过载设计法。加大流量设计法可以通过增加叶片出口宽度b2或叶片出口安放角2等实现，但过大的出口安放角2会降低对流动的控制，而且易使配套电机过载[7]。虽然增加叶片数能使流动更加规律，但随着叶片数增多，叶轮进口堵塞和流道的摩擦相应加大，从而降低泵的效率。文献。指出通过添加分流叶片可以减少过多叶片叶轮进口处的堵塞，尤其可以减小大流量下的水力损失，但分流叶片导致流场变得更加复杂，易使内部流动不稳定。 

本文在综合分析基础上，设计3种叶轮进行对比，叶轮1和叶轮2采用无过载设计法结合分流叶片设计法，叶轮3采用无过载设计法。叶轮的主要几何参数见表1。表1叶轮优化方案叶轮D1(mm)D2(mm)ZsZ2s()2()()b2(mm)叶轮14420207叶轮2702593320201807叶轮306108。3三维造型利用Pro/E对各结构进行三维造型，计算域建立在泵几何模型上，整个流场包括4个部分，即:进口、叶轮、前口环、带泵腔和出口的蜗壳。为了简化计算，不考虑叶轮平衡孔和后口环。为了减轻进、出口存在的回流，适当延长进口和出口水体部分[8]，计算域的水体如图1所示。3种叶轮的流场区域如图2所示。图1计算域结构(a)叶轮1(b)叶轮2(c)叶轮3图23种叶轮的水体图3数值计算。1网格划分利用ICEMCFD1。 

随着对高速泵运行稳定性的要求越来越高，高速离心泵流动诱导振动问题引起越来越多研究人员的注意。流体诱发的振动主要由结构不对称产生的流体不平衡、动静部件间的相对运动、旋转涡带产生的径向不平衡及空化产生的流体压力脉动所致。国内外学者对旋转机械的流动诱导振动问题也进行了相关的研究:Gwo等。采用有限元方法计算了不同叶片组下的涡轮旋转振动特性；Heijkoop等。借助ANSYS软件计算了混流式水轮机在空气中的静、动态特性；王松岭等。采用CFX软件进行流场计算、ANSYS进行结构计算，并以MFX-ANSYS/CFX为数据耦合平台，应用弱耦合方法对风机叶轮强度进行研究；何涛等[6]建立了一种适用于离心泵等叶轮机械流动诱发振动工程计算的数值模型，分析了泵流场、振动激励源和振动响应等特性。带诱导轮高速离心泵由于设计时诱导轮的叶缘直径已定，如果振动强烈将引发转子与静子的接触，产生故障。本文基于SSTk-湍流模型封闭三维Navier-Stokes方程，对离心泵内部流场进行了三维非定常计算，并借助计算机辅助工程(CAE)多物理场协同仿真平台ANSYSWorkbench1。 

0，采用单向流固耦合方法对叶轮耦合系统进行仿真计算，分析带诱导轮高速离心泵的流动诱导振动特性。1求解理论。1流场计算理论控制方程为描述泵内部流场瞬时流动状态的Navier-Stokes方程[7]:t+xi(ui)=0。(ui)t+(uiuj)xj=-pxi+eijxj。式中:eij=uixj+ujxi-23ijukx()k为粘性应力张量。采用合适的湍流模型，设置合理的边界条件对方程进行求解便可以得到泵内部流场的流动情况及任意位置处的物理值。2流动诱导振动的求解高速离心泵在运转过程中流场和固体场是统一的，也就是会产生流固耦合作用，运用流固耦合技术将流场和结构场同时求解可以得到结构的振动特性，也即流动诱导振动的解。流固耦合问题的求解可以分为强耦合求解和弱耦合求解两种。强耦合方法指根据统一的耦合方程，在一个时间步内对流体域和固体域中所有的未知量同时求解。弱耦合求解又称单向耦合求解，是种分区迭代求解方法，指耦合交界面处的数据传递时单向的。 

对于离心泵内流场，铸造叶轮在流场中的变形微小，固体变形对流场的影响几乎可以忽略，故本文采用单向流固耦合的方法进行求解，计算流程如图1所示。图1计算流程图Fig。1Flowdiagramofcalculation2流场计算。1计算模型高速泵性能设计参数如下:流量Q=7。5m3/h，扬程H=75m，转速n=7600r/min，轴功率P=4kW，比转速ns=45，轴频为126。6Hz。由于低比转速泵相邻流道间的扩散比较严重，为了更好的满足性能的需要本文在速度系数法设计的基础上采用添加分流叶片的方法。为了提高泵的抗汽蚀能力，在叶轮进口添置诱导轮。 

随着对高速泵运行稳定性的要求越来越高，高速离心泵流动诱导振动问题引起越来越多研究人员的注意。流体诱发的振动主要由结构不对称产生的流体不平衡、动静部件间的相对运动、旋转涡带产生的径向不平衡及空化产生的流体压力脉动所致。国内外学者对旋转机械的流动诱导振动问题也进行了相关的研究:Gwo等。采用有限元方法计算了不同叶片组下的涡轮旋转振动特性；Heijkoop等。借助ANSYS软件计算了混流式水轮机在空气中的静、动态特性；王松岭等。采用CFX软件进行流场计算、ANSYS进行结构计算，并以MFX-ANSYS/CFX为数据耦合平台，应用弱耦合方法对风机叶轮强度进行研究；何涛等[6]建立了一种适用于离心泵等叶轮机械流动诱发振动工程计算的数值模型，分析了泵流场、振动激励源和振动响应等特性。带诱导轮高速离心泵由于设计时诱导轮的叶缘直径已定，如果振动强烈将引发转子与静子的接触，产生故障。 

本文基于SSTk-湍流模型封闭三维Navier-Stokes方程，对离心泵内部流场进行了三维非定常计算，并借助计算机辅助工程(CAE)多物理场协同仿真平台ANSYSWorkbench1。0，采用单向流固耦合方法对叶轮耦合系统进行仿真计算，分析带诱导轮高速离心泵的流动诱导振动特性。1求解理论。1流场计算理论控制方程为描述泵内部流场瞬时流动状态的Navier-Stokes方程[7]:t+xi(ui)=0。