旋喷泵（又称为皮托泵或旋壳泵）是一种高扬程、小流量的低比转速泵,性能优于部分往复泵和高速泵,由于其特殊的工作形式和结构部件广泛应用于石油化工、航天航空、食品工业、采矿运输、炭黑制造等领域。旋喷泵性能优于小流量高扬程离心泵的主要原因是叶轮与旋壳同步旋转有利于减小圆盘摩擦损失,但是叶轮结构与旋壳效应如何联合提升液体能量以及深层次的影响机理尚不明确,集流管导致旋壳内部液体产生绕流运动,在钝体绕流作用下周期性液体压力脉动容易引起结构部件的振动、变形,甚至疲劳损坏,这成为旋喷泵结构设计与性能优化的绊脚石。鉴于以上原因,本文设计了旋喷泵闭式试验台,以试验泵为对象采用试验与数值计算相结合的方法进行了旋喷泵外特性、旋壳内部压力测试试验及瞬态流动特性研究,开展了旋壳效应、集流管绕流对腔内液体流动特性的影响分析,揭示了叶轮与旋壳效应以及结构耦合机理,主要研究内容及结论如下:（1）通过旋喷泵的外特性及内部压力测试试验研究。发现旋喷泵的扬程随流量的增加而降低,效率曲线随流量增加先增大后降低,轴功率曲线较平缓;旋壳效应能够增加径向液体压力梯度,在集流管进口位置大约引起12.5m的扬程增加;该泵在变转速范围内流量、扬程和轴功率满足相似换算,最优效率基本保持不变,趋于常数;集流管进口直径过小或者过大都会导致旋喷泵扬程和效率的下降,合理的集流管进口直径有助于改善集流管入流条件,提升旋喷泵的性能。（2）采用数值方法对旋喷泵内部流场时均、瞬态特性进行研究和分析。得到以下结论:旋壳内部液体等压线分布近似为同心圆,集流管附近等压线有轻微高度差,迎流区域压力比尾流区域高;旋壳内部速度沿径向呈线性分布规律,集流管进口存在流速突变现象;旋壳内壁面及集流管内部有较高的压力、速度及湍动能脉动强度;旋壳内存在尺度大小不等的漩涡,明显存在于迎流面的翼前涡是集流管绕流的主要特征,叶轮以及集流管内部有回流、二次流等现象;叶轮进口段监测点距离叶轮进口越近,压力越低,叶轮中间流线各监测点介质脉动特性受叶频影响,旋壳内部液体介质周向压力脉动主要受轴频影响,集流管内部各监测点的压力值差异较大,扩压作用明显。（3）对比了旋壳旋转、不旋转两种状态下旋喷泵内部流场信息,研究了旋壳转速对旋壳内液体流动特性影响机制,最后基于旋壳效应建立了旋喷泵内部压力场计算模型。结果表明:无论旋壳是否旋转,旋壳内部同一测点切向速度是径向速度的数十倍,是轴向速度的数百倍,环流特征非常明显,液体符合轴对称平面环流假设;叶轮转速恒定时,旋壳转速升高可以增加旋壳内液体压力梯度,相对半径s＜1区域液体压力与旋壳转速成反比,s＞1区域液体压力与旋壳转速成正比,旋壳转速一定范围内的降低,能够减小泵的总圆盘摩擦损失,提高泵效率,试验范围内旋壳转速比i=0.8位置,旋喷泵效率有最大值,比旋壳同步旋转工况点效率高1.3%;结合旋壳效应推导了旋壳内部压力数学模型,并用一复式叶轮旋喷泵试验结果进行验证,证明本文所提旋喷泵内部液体压力数学模型有很高的可信度。（4）分析了集流管绕流动力学特性,提出了静压恢复系数的概念用于评价集流管静压恢复能力。结果显示:集流管进口直径对旋喷泵的外特性影响显著,额定流量点进口直径为10、20mm的集流管分别比15mm的集流管效率低7.8%、3.3%,这与第2章的试验结论基本一致;额定流量点安装翼形、椭圆形集流管的模型泵分别比安装圆形集流管的模型泵效率高3.1%、1.7%,翼形集流管对改善腔体压力分布、提高泵性能有积极的作用;所有模型尾流区相对半径0.5＜s＜1.0范围内,雷诺应力-ux’uy’≈0,流层之间动量传递比较弱,在s＜0.5和s＞1.0范围受旋壳效应影响明显,高速层和低速层之间动量传递剧烈,不同集流管模型在同一位置坐标雷诺应力数值差异普遍在10-4量级;推导了集流管内部静压恢复系数计算公式,进口直径为15mm的圆形集流管与额定流量点的工况匹配较合理,静压恢复能力最强,恢复系数最高可达0.405,其余模型静压恢复能力稍弱。（5）开展了叶轮结构参数与旋壳效应耦合机理研究。研究结论表明:试验范围内由出口角引起的泵扬程差异最大为1.7m,效率最大差异为0.4%,包角引起的扬程差异最大为1.6m,效率最大差异为1%,叶片数引起的扬程差异最大为16.4m,效率最大差异为3%,叶片数对旋喷泵性能影响最为显著,出口安放角与包角对旋喷泵性能影响较弱,各因子交互作用表明从旋喷泵高扬程、高效率、低功率角度出发,可以选择小出口角、大包角、高叶片数的组合参数;当叶轮与旋壳同步旋转时,叶轮结构形式对旋壳内部同一坐标位置的液体压力、切速度影响较小;同为封闭式叶轮时,额定流量点直叶片比后弯式叶片扬程高1.6m,效率低2.9%。同为直叶片时,额定流量点封闭式叶轮比半开式叶轮扬程高8.3m,效率低0.5%。虽然半开式叶轮扬程有一定降低,但是效率和封闭式叶轮较为接近,某些旋喷泵使用半开式直叶片叶轮具有一定的合理性。（6）利用Workbench平台进行了旋喷泵结构动力学特性分析。得到如下结论:各集流管模型的最大变形量均位于集流管进口区域,翼形集流管虽然有流动减阻作用,但是在同等条件下振动位移明显高于圆形集流管,较易发生结构变形,圆形集流管稳定性比较高;所有集流管模型在变形过程中均有进口面积减小,集流管头部沿轴向叶轮侧偏移趋势;所有集流管在第二个转弯位置均有应力集中现象;一个旋转周期内叶片上各监测点等效应力波动差异较小,没有明显规律性,数值差异在10-2量级;流量越大,叶轮径向力、轴向力越大,峰谷差值也越大。