轴流式强制循环泵是一种特殊型式的轴流泵,多应用于化工、石油行业中,特别是在烧碱、磷酸、酒精等产品工艺流程中常与蒸发器、结晶器和反应器配套使用。该泵的主要作用是在料液进行浓缩结晶时提供循环动力,促进料液的循环,提高料液蒸发过程的传热系数。循环泵通常采用无导叶结构,因此将造成循环泵叶轮出口旋转动能的大量损失。由于损失的旋转动能在循环泵总能量中占有相当比重,循环泵效率相较于普通轴流泵有较大的降低,所以要提高循环泵效率,需从其它方面进行研究。本文选取循环泵叶轮导水段与叶顶间隙为研究对象,对其进行优化设计,并详细分析其内部流动结构,以期提高循环泵整泵的效率。本文首先对叶轮导水段的导水锥进行优化设计,并分析导水锥型面以及长度变化对叶轮流场的影响,同时分析了环量分布规律及叶顶间隙对模型泵性能的影响。本文详细讨论了不同参数的匹配对模型泵效率及内部流场结构的影响,可为设计高效、稳定的轴流泵叶轮水力模型提供有益参考,主要工作及研究成果如下:1.通过数值计算方法对导水锥进行优化设计,分析其内部流动认为:维多辛斯基(witozinskv)导水锥流场出口的轴向速度不均匀度和速度平均偏流角均较优,整流性能较出色。2.通过对导水锥及叶轮进行流场分析发现,叶轮的预旋作用会较大地影响导水锥出口轴向速度的不均匀度,但对偏流角、切向速度和水力损失影响较小。离叶轮越近的导水锥流场受叶轮旋转影响愈大。3.适当增加导水锥长度可提高叶轮水力效率,但长度过大会增加流场水力损失。推荐导水锥长度应为叶轮直径的(0.5~0.7)倍。圆整锥体头部尖锐段,可减少尖锐头部诱发的不稳定流动,在保留整体型面的基础上,建议圆整长度应为导水锥长度的(1/7~1/8)倍。4.阐述了变环量设计轴流泵叶轮方法的本质,并选用三种环量分布规律进行叶轮设计,同时深入分析了不同环量叶轮的内部流场结构。5.选用4种不同大小的叶顶间隙,分别匹配设计环量不同的叶轮,基于SST k-ω湍流模型对其流场进行三维非定常计算。分析了叶顶间隙及环量的变化对叶轮扬程、效率、出口环量、叶片载荷、叶端泄漏涡等的影响。6.通过数值计算方法获得不同叶顶间隙下叶轮内部及叶顶间隙内部压力脉动的频谱特性。分析发现:间隙的增加,会加剧间隙前缘部分压力脉动的扰动,并减小间隙后缘的高频压力脉动,而间隙中部压力脉动受间隙影响较小。7.基于试验泵外特性试验结果,推算出因取消后置导叶导致的叶轮出口旋转动能的损失约占试验泵总能量的7%,并据此估算出无导叶泵的水力性能。