随着科学技术的不断发展,能源和环境问题越来越得到重视,国家越来越提倡节能减排,这对离心泵的设计优化及运行稳定性都提出了更高的要求,所以开展泵的优化研究对于节约资源的意义重大。本文以蜗壳式离心泵为研究对象,运用数值模拟的方法,通过正交试验探究蜗壳结构参数对泵性能的影响;通过空化数值模拟,分析不同叶轮结构型式对空化性能的影响;通过非定常数值模拟,研究不同叶轮和蜗壳结构和不同流量工况对压力脉动的影响。本文的主要研究内容和结论如下:(1)以某单蜗壳离心泵为原型对象,采用CATIA软件对进出口管路、叶轮、蜗壳、前后腔体进行三维造型,在ANSYS-CFX中对该离心泵进行多工况数值模拟,模拟结果显示蜗壳中的主要损失集中在隔舌区域以及扩散管段,叶轮和蜗壳的匹配性不佳。(2)以原型泵为基础,采用数值模拟的方法,设计与之匹配的新型双蜗壳,通过正交试验研究蜗壳主要结构参数对水力性能的影响,结果表明适当的喉部面积有助于叶轮和蜗壳的匹配,对于中高比转速离心泵,增大蜗壳基圆直径和隔舌安放角有助于提高水力效率,减小隔板厚度对水力效率提高明显。(3)对原型泵不同工况下(0.5Q_d、0.8Q_d、1.0Q_d、1.3Q_d)进行空化数值模拟,得到临界空化余量NPSH_c并与实验值相对比,数值模拟结果表明,模拟值与实验值具有较好的一致性,通过对不同叶片数和叶片进口前伸的空化数值模拟结果可知,降低叶片数和叶片进口前伸均可以优化空化性能,并且通过降低叶片数的方法效果更加明显。(4)通过对六叶片叶轮加单蜗壳、六叶片叶轮加双蜗壳、七叶片叶轮加单蜗壳、七叶片叶轮加双蜗壳四种结构型式离心泵不同工况下的非稳态数值模拟,提取不同监测点的压力脉动时域数据并通过快速傅里叶变换(FFT)获得频域数据,分析蜗壳内及进出口管路的压力脉动特点,计算分析结果表明蜗壳内的压力脉动主要频率为叶频,蜗壳断面面积对蜗壳圆周的压力脉动强度有重要影响。隔舌处受动静干涉影响较大,隔板中部压力脉动强度低于隔板两端。进出口管路中的压力脉动主频均为叶频,且出口管路中的压力脉动强度远大于进口管路中,双蜗壳结构对不同叶片数的出口管路中的压力脉动强度影响规律不一,与单蜗壳相比,双蜗壳结构增加了六叶片状态下出口管路中的压力脉动强度,减小了七叶片状态下的压力脉动强度。