不同叶片形状的开式叶轮离心泵内部流动特性研究

开式叶轮离心泵由于具有输送介质流量小且连续，扬程随流量变化较小等特点而在炼油、石油化工、医药和轻工等领域有很广泛的应用前景，但在理论研究和设计应用中存在效率偏低和扬程流量特性线容易出现不稳定等关键基础难题没有得到很好地解决。因此很多流程工业企业不得不选用使用成本很高的往复式泵、叶片式旋涡泵和打回流的闭式叶轮离心泵来输送小流量高扬程液态介质。本项目通过对不同叶片形式（辐射和圆弧型）的开式叶轮离心泵在不同轴向间隙及小流量高扬程工况下的理论分析、流动模拟计算、流动观测和外特性试验研究，揭示叶片形式及轴向间隙对效率和扬程流量特性线等性能的影响机理，建立以提高效率和保证不出现正斜率上升段扬程流量特性线的水力设计方法，实现对小流量高扬程介质的输送，从而为促进高性能开式叶轮离心泵的研制及其工业化应用奠定扎实的理论基础。

本项目针对开式叶轮离心泵效率偏低和扬程流量特性线出现不稳定等关键基础问题，设计了全开式辐射叶片、全开式弧型叶片、半开式辐射叶片和半开式弧型叶片叶轮的诱导轮离心泵，在0.5mm~2.5mm间隙范围内，对不同叶型开式叶轮离心泵进行了理论计算、数值模拟和试验研究，建立了开式叶轮离心泵的数值计算方法，揭示了不同叶型和间隙对开式离心泵内部流动特性的影响规律，掌握了叶型及轴向间隙对效率和扬程流量特性线等性能的影响机理；分析了小流量工况下泵内流道内回流、二次流等非稳定流动因素的发生位置，及间隙泄漏涡的演变过程；并采用数值模拟的方法对汽蚀余量和性能曲线进行了预测，数值模拟结果和试验结果相吻合，说明数值模拟方法的正确。分析了不同汽蚀余量下叶轮、诱导轮内部的空泡体积分布规律、不同叶型叶片吸力面的空泡分布及不同时刻叶轮内部空泡体积分布规律。最后提出了基于三维流动分析，以效率等为优化目标，采用遗传算法、人工神经网络的优化设计方法。本项目研究为高性能开式叶轮离心泵的设计提供了理论参考和依据。. 通过本项目研究共发表录用文章17篇，其中SCI收录1篇，EI收录8篇，SCI源刊录用1篇，国际会议3篇，国内会议1篇；获得局级二等奖1项；培养硕士研究生7名，毕业5名；研究成果获得了泵业同行的认可，项目负责人于2010年入选浙江省151人才第二层次、2012年入选浙江省151人才第一层次，并于2010年破格晋升教授职称。