在船舶运输、城市排水中,舰艇推进器、双向注/排水深度控制泵、船舱均衡系统、舱底泵、市政排污等场合均需要双向排水,而传统的叶片泵和容积泵无法满足它们的功能需求,所以需要研发适用于该特殊应用场合的双向泵。双向轴流泵和混流泵具有扬程低、易汽蚀的特点,不能满足高扬程双向排水的设计要求。双向双螺杆泵属于回转式容积泵,它即具有流量大、噪声低、振动小、输送液体平稳等特点,通过电机反转即可实现螺杆泵双向排水功能且正反向性能差异较小,同时适用于含微量杂质、大流量和高排出压力的应用场合。本文采用CFD数值模拟方法,开展双向双螺杆泵正反向运行流动特性及水力性能的研究,揭示了双向双螺杆泵正反向运行流动规律以及双向双螺杆泵泥沙颗粒运动及分布规律。(1)基于Pumplinx、SCORG软件,计算比较了标准k-ε模型、RNGk-ε湍流模型两种模型的残差曲线,最终选用标准k-ε湍流模型进行本研究模拟计算。通过网格无关性,确定计算整体网格数为187万。(2)双向双螺杆泵参数设计。设计的双向双螺杆泵参数:泵组尺寸≤1400mm×720mm×1950mm,设计转速为1600rpm,型线由内外摆线组成,主从动螺杆螺旋头数均采用三头螺旋,螺杆导程为300mm,研发的双向双螺杆水泵理论流量达到设计要求。(3)双向双螺杆泵正反向运行流动特性。泵正反向运行时,螺杆转子压力值沿介质流动方向呈逐级增大趋势,螺杆转子表面压力随着扬程或者转速的增加而增大。泵正向运行时,螺杆进口端面处为低压,在螺杆出口端面处为高压,转速越低,泵进口段拐角处漩涡区越大,其余位置水流流线较为平顺。泵反向运行时,螺杆出口端面为低压,进口端面处为高压,与正向运行时相比,低压腔数量增多,高压腔数量减少,螺杆出口段与螺杆转子连接处存在小面积回流区,其余位置水流流态未见异常。(4)不同运行工况下双向双螺杆泵水力性能。在同一转速工况下,泵正反向运行时的流量随着扬程的增大而减小,功率随着扬程的增大而增大。在同一扬程工况下,泵正反向运行时的流量、扬程、效率随着转速的增加而增大。在同一转速扬程工况下,反向运行时的流量、功率、效率小于正向运行。(5)双向双螺杆泵间隙对水力性能影响。研究表明:转子与定子间隙为0.02mm时转子功率较大、流量较小,且间隙处存在大的泄漏区,当间隙大于0.05mm时,随着间隙的增大,螺杆泵正反向运行流量逐渐减小,转子功率先减小后趋于稳定。轴向间隙和齿顶圆与齿根圆间隙对螺杆泵正反向运行流量影响较小,对转子功率影响较大。(6)双向双螺杆泵正反向运行泥沙颗粒运动及分布规律。螺杆泵正反向运行时,随着时间的推移,泥沙颗粒总量明显增加,在2个旋转周期后趋于稳定。泵内泥沙颗粒总量随着转速增加呈现先增大后减小的规律,泥沙颗粒总量随着泥沙颗粒粒径的增大而减少。泵正向运行时,在5个运转周期内,螺杆转子处的泥沙颗粒从转子进口端面向出口端面扩散,转子出口端面泥沙颗粒向出水口扩散,进水口附近泥沙颗粒数增加明显。泵反向运行时,螺杆转子处的泥沙颗粒从转子进口端面向出口端面扩散,转子出口端面泥沙颗粒向出水口扩散。