射流泵具有结构简单、可靠性高、运行和维护成本低等优点。与传统中心射流泵相比,环形射流泵的吸入通道没有阻碍且被吸流体不用改变流向,因此特别适合于抽吸含有大颗粒固体(活鱼、矿石、胶囊、产业废弃物等)的混合流体,在工程领域中有着广阔应用前景。然而,关于其内流机理和结构优化方面的研究并不充分。环形射流泵内部流动是受限空间环形壁面射流在有逆压梯度环境下的混合与发展,流场内存在逆压梯度、射流剪切层、壁面边界层以及可能的回流区等复杂现象,流动机理十分复杂。为此,本文基于大涡模拟,结合湍流统计理论和拟序运动理论等对环形射流泵内部流动机理进行了系统研究,并采用非传统结构来实现其性能的优化。主要工作和研究成果如下：(1)为验证本文LES方案的可靠性以及加深对环形射流泵的直观认识,首先对面积比m=1.72,2.26和3.33的环形射流泵进行了试验研究。结果表明：环形射流泵内流动与传统中心射流泵一样存在自模性,且高效区较宽,而其最优结构尺寸随着面积比改变；随着面积比增加,性能曲线向较大流量比方向移动。(2)采用LES对m=1.72和3.33的环形射流泵在不同工况下进行了计算,并对比分析了不同的网格数、网格布置与亚格子模型的影响。通过与试验数据对比,结果表明本文所采用的LES方案能够较为准确地预测环形射流泵的时均外特性和内部流动。通过对流场中监测点的瞬时压力系数进行频谱分析,获得各个工况下的涡脱落频率以及特征St数。当m=1.72时,St数在0.2～0.22之间,随着流量比增加,St数降低,而当m=3.33时,St约为0.23,并几乎不随流量比变化。(3)对LES所获得的环形射流泵内时均流场进行分析发现：随着流量比的增加,工作和被吸流体势流核心长度近似线性增加；吸入室内射流半宽接近线性增长,且流量比越小增长越快；而吸入室内边界层厚度增长速率与流量比无关,但在喉管内部,流量比越小边界层越厚,且增长速率越大；剩余能量系数可描述泵内能量的沿程变化情况,该系数沿流向整体呈下降趋势,流量比越大,下降速率越小；回流区在瞬时和时均情况下差别较大,瞬时回流区的形状及分布较不规则,甚至不连续；随着流量比增大,回流区缩小并向下游移动,相比再附点,分离点向下游移动较大。(4)通过采用压力判据、涡量和Q准则等拟序结构辨识方法有效提取流场中的拟序结构,结果表明：相比Q准则,压力判据对于较小尺度的拟序结构,尤其对大量存在于涡辫区内的肋状涡的辨识度较低；拟序结构主要由混合层、边界层和回流区内产生并交互作用；混合层内涡结构在增长时,对吸入室壁面边界层进行压迫,诱发吸入室壁面边界层内涡环结构的产生,由于二者转向相反,在二者相接处的区域流向相同,相互作用较弱；拟序结构中的流向涡和展向涡由于产生机理不同,导致其强度、形态和演化方式不同,尽管流向涡涡量与展向涡涡量相比较小,然而流向涡促进了展向涡的扭曲和破碎,并对流场中卷吸和混合的贡献较大。流场内流向涡与展向涡之间、混合层内涡结构与边界层内涡结构甚至与回流之间的相互作用,使得环形射流泵内部流场较为复杂。然而亦正是这些复杂的演变过程和相互作用,主宰着泵内流场的湍流特征、流体间的掺混与传能甚至环形射流泵的外特性。(5)鉴于LES计算成本较高,因此采用RANS湍流模型验证本文所提出的结构优化方案。首先对射流泵模拟中常用的六种RANS湍流模型进行了验证,结果表明：RNG k-ε模型能够较为准确地预测环形射流泵的外特性和内部流动的平均特征；标准k-ε模型低估了环形射流泵的外特性,而对外特性和壁面压力系数的变化趋势预测较为准确。(6)提出利用等速度变化和等压力变化方法来设计环形射流泵的扩散器,可降低锥形扩散器内由于速度或压力变化不均匀导致的流动损失,并推导出简洁易用的设计公式。数值模拟表明这两种设计方法确实能使扩散器内速度或者压力变化更为均匀,其中等压力变化扩散器内压力的确能够呈线性增长,从而改善环形射流泵的性能；特别在扩散器较短或扩散角度较大时表现更优,因此较为适用于泵的空间和质量受限的场合。相比等速度变化扩散器,等压力变化扩散器在大流量比工况下表现较优,但在小流量比下较差。(7)提出了新型夹心式环形喷嘴,使得高速环形工作流体内外侧均为被吸流体,避免了高速射流贴壁流动产生的较大摩擦损失,并由于增大了与被吸流体的接触面积,使得泵的最高效率从35.8%提升至45.1%。工作喷嘴与壁面的距离以及内外被吸流体之间的速度比对采用该喷嘴的新型泵性能具有较大影响,且在取不同的工作喷嘴与壁面距离时,相应的最优速度比不同。在最优速度比未知的情况下,选择1/1可获得较好结果。