高效率与较小空化余量的离心泵始终是科研工作者和设计工程师追求的目标,而低比转速离心泵由于叶轮直径大、出口宽度小、流道扩散严重等原因,导致其性能较差,且易发生空化现象。叶轮流道中的流动是极其复杂与不稳定的,在扩散流道的下游区域一般会出现流动分离以及随之产生的不稳定旋涡,甚至堵塞部分流道,导致泵的下降,水力效率降低。因此,在离心泵的水力设计过程中,应该确保在设计工况范围内不产生流动分离的现象。本文以M33-12.5型低比转速离心泵为研究对象,利用开缝叶片流动控制技术对叶片进行开缝,采用正交试验设计、均匀试验设计方法与数值模拟相结合研究手段来分析开缝叶片对低比转速离心泵性能的影响。全文的主要工作如下:1.利用CFD数值模拟与试验设计方法对叶片开缝参数的选择进行研究与分析。从正交试验的结果得出缝隙各因素对低比转速离心泵性能影响的主次顺序。叶片开缝对扬程的影响由大到小为:开缝直径D>缝隙的偏转角β>缝隙中心宽度b>缝隙深度h>缝隙的收缩比f;对效率的影响由大到小为:缝隙的偏转角β>开缝直径D>缝隙深度h>缝隙的收缩比f>缝隙中心宽度b;对空化余量的影响由大到小为:缝隙深度h>开缝直径D>缝隙的收缩比f>缝隙中心宽度b>缝隙的偏转角β。综合考虑,开缝直径、缝隙的偏转角和缝隙深度对离心泵性能影响最大。根据试验结果,对原模型进行开缝优化设计,得到较好的结果。2.基于原模型与4种开缝叶轮的流场分析结果,探索开缝叶片改善叶轮内部流动与空化性能的机理,分析了叶片缝隙的射流、卷吸作用及流动分离现象对叶轮流道内压力、流场和空泡的影响。结果发现,当缝隙位于叶片出口位置,扬程会有较大的下降,但是当偏转角为负时,会减弱叶轮出口的射流-尾迹现象,提高离心泵的效率;当缝隙靠近叶片进口处,对离心泵的性能基本无改善作用,甚至会降低泵的性能。因为叶片进口背面的压力尚未提升,且由于颈缩效应与卷吸效应的影响,又在缝隙叶片背面后端形成新的湍流漩涡与空泡区域。3.通过对M33-12.5型低比转速离心泵与另一款低比转速恒扬程泵的叶片开缝并进行数值分析发现,合理的叶片开缝有利于离心泵性能的提升,验证了本文开缝方法的可靠性,为低比转速离心泵的开缝设计提供了一定的参考价值。本文推荐的开缝参数选取范围为:开缝直径D=0.5~0.7D2,缝隙的偏转角β=45°~70°,缝隙深度h=1.0,缝隙中心宽度b=1~3mm,缝隙的收缩比f=1.2~1.5。