离心泵作为生活中常见的水利设备,在工农业生产中被广泛使用,但泵的效率普遍低下且能耗较大,随着运行要求进一步提高,针对运行工况对离心泵进行优化设计以获得更高性能离心泵的需求日益迫切。空化性能是影响离心泵稳定运行的主要因素之一。当离心泵内部发生空化现象时,性能会大大降低,空化现象产生的空泡不仅会对叶轮等过流部件产生汽蚀,而且会造成装置在运行过程中的振动与噪声。本文以虹吸排水泵装置为研究对象,研究了不同叶轮入口压力条件下空化现象对排水泵装置运行工况的影响,以及虹吸管形状对内部流体流态的影响,并根据模拟结果进行优化设计,提高虹吸排水泵整体空化性能和虹吸管排水效率及稳定性。主要研究内容如下:1、使用三维建模软件对给定设计参数的虹吸排水泵进行建模及装配。对模型进行不同类型网格划分,并比较不同类型网格模型数值模拟结果的差异。结果表明:两种网格模型模拟结果与试验值误差均在误差允许范围之内,在相同网格数量级下,结构化网格模型模拟结果更接近于试验值,且能更好表现内部流场细节,但其划分过程费时费力,大大增加了模拟过程的难度。而非结构化网格模型通过对关键过流部位进行网格加密处理和网格无关性分析,同样能够保证计算结果精度并提高整体的迭代计算速度,因此选定非结构化网格模型进行后续研究。2、基于Realizablek-?湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型对虹吸排水泵进行空化特性分析。结果表明:随着叶轮入口压力不断减小,虹吸排水泵内部的低压区域由叶轮入口逐渐向外扩散,为空化现象的发生提供了必要条件,空化区域初生在叶片背面并开始向外扩散,随着空化现象演变加剧,产生的空泡影响了虹吸排水泵内部流场分布。3、基于叶轮叶片开孔的方式对虹吸排水泵进行空化性能分析与优化设计。结果表明:对叶片进行开孔能够提高虹吸排水泵整体空化性能,且在叶片入口处开孔比叶片中部开孔提升效果更明显。随着开孔直径增加,空化性能提升率呈现逐渐变缓的趋势,本文设计的4×1mm开孔方案与优化前虹吸排水泵模拟结果相比,在设计工况下运行时扬程提升了1.44%,效率提升了4.80%,同时很大程度抑制了虹吸排水泵装置因叶轮入口压力降低而发生的空化现象。4、为提高虹吸排水泵运行效率及稳定性,通过搭建试验平台对优化前后虹吸管内部流场数值模拟结果进行验证。结果表明:通过减少虹吸管流道拐角的数量,能够减小虹吸管内部流体的动能损失,并增加虹吸排水的稳定性。在试验中由于一些无法避免的阻力损失和人为测量误差,导致得到的各方案虹吸管虹吸流量值普遍低于模拟计算结果,但通过拟定修正常数修正后,试验值与模拟结果数值基本吻合,说明数值模拟是可靠的。