【摘 要】
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高速离心泵作为一种结构紧凑的高扬程泵类流体输送设备,在石油、冶金等各个领域有着重要的地位。由于高速离心泵每年会消耗大量能源,对于提高高速离心泵的性能,减少其内部能量损失成为重要的研究方向。高速离心泵叶轮的叶顶常常会产生影响流道内部流动的泄漏流,这种泄漏流会造成较大的能量损失。为改善这种情况,本文以两级串联高速离心泵为研究对象,在原叶片（ORI）基础上设计了3种叶顶延展叶片（TEPS、TEP、TES
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高速离心泵作为一种结构紧凑的高扬程泵类流体输送设备,在石油、冶金等各个领域有着重要的地位。由于高速离心泵每年会消耗大量能源,对于提高高速离心泵的性能,减少其内部能量损失成为重要的研究方向。高速离心泵叶轮的叶顶常常会产生影响流道内部流动的泄漏流,这种泄漏流会造成较大的能量损失。为改善这种情况,本文以两级串联高速离心泵为研究对象,在原叶片（ORI）基础上设计了3种叶顶延展叶片（TEPS、TEP、TES）。基于大涡模拟（LES）研究了不同叶片对离心泵内部非定常流动和能量损失的影响。主要研究内容如下:（1）使用UG 12.0对两级串联离心泵进行建模,并抽取完整流体域进行拓扑。随后用ICEM 18.0对流场域划分网格,通过比较不同网格数量下离心泵的扬程系数和效率来验证网格无关性。然后采用CFX 19.0对划分好的流体域进行模拟计算。通过对比原型离心泵模拟数据和外特性试验,验证数值模拟的可靠性。（2）基于大涡模拟（LES）获得两级串联离心泵的性能曲线。分析不同流量下不同叶顶延展叶片对性能的影响,发现叶轮叶顶延展在一定流量范围内能够提升离心泵扬程,增加效率。其中TEP方案对两级串联离心泵扬程的提升更为明显。（3）通过对两级串联离心泵内的非定常流动进行分析,发现在靠近叶片出口的压力面有着较大的总压,而叶片尾缘处存在相对低压尾迹。TEP叶片减小叶轮流道的轴向高速区域面积效果最好,同时有效减小了叶轮内轴向涡量,降低了叶顶出口壁面附近和进口处的熵产率,减少了能量损失。（4）通过对比叶顶压力脉动、蜗壳周向压力脉动频域和压力脉动能量的分布情况,发现在叶轮叶顶,TEPS和TEP方案能够改善出口压力脉动,TES方案则会增加出口压力脉动。对于蜗壳周向各监测点的压力脉动,TEP方案可以很好的降低其幅值,减小动静干涉,同时也能够降低压力脉动能量。（5）通过对比不同叶顶延展叶片叶顶泄漏量,发现叶顶延展能够有效降低泄漏比。基于欧拉扬程和相对能量转子焓（Rothalpy值）对两级串联离心泵的能量损失进行分析。TEPS和TEP方案减少了进口处的欧拉扬程,增加了出口处的欧拉扬程。同时发现从叶片前缘到出口,相对能量转子焓总体在不断增大。在整个叶轮中,摩擦损失和出口动静干涉损失占很大比例。随着流量增大,叶轮总体的水力损失也在增加,叶顶改型方案TEP能够有效降低总体水力损失。
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