流体机械是一种能量转换的通用机械,目前已被广泛地应用于国民经济建设的各个领域。离心泵是一种量大面广的用来输送液体的流体机械装置。目前在离心泵的研究及数值计算中,往往忽略叶轮口环间隙和泵腔间隙的影响,这样对于离心泵性能的预测就会产生一定的误差。一般由于泵腔间隙较小,流动的空间尺度远小于叶轮内部流动,但是其内部流动结构十分复杂。近30年以来,随着计算机技术以及计算流体力学方法的发展,CFD技术在离心泵的性能预测和内部流动研究方面的应用越来越加广泛。对于当前的计算资源,采用考虑间隙影响的数值模拟已经变得成为可能,如果采用数值计算方法对包含泵腔间隙在内的整机流动进行研究,会使得模拟结果更能接近实际情况,这样对于离心泵的改进设计有着十分重要的意义。本文基于RANS方程和RNG k-ε湍流模型,针对一单级离心泵,对包含叶轮口环,前后泵腔,叶轮,蜗壳,入口段,以及出口段在内的整个离心泵全流场进行了三维数值模拟,并利用实验数据对计算结果进行了验证,取得了很好的一致性。在离心泵性能的数值计算与试验结果基本一致的基础上,研究了在不同流量工况下,离心泵前泵腔内的液体在给定半径条件下,沿圆周角度分别为0°,90°,180°,270°四个位置的轴向上和在给定圆周角度条件下,沿半径分别为155mm,175mm,195mm,215mm四个位置的轴向上圆周分速度和径向分速度的变化规律,并研究了泵腔内压力、速度、涡量等流动特性的变化。然后,研究了前泵腔间隙大小对离心泵性能的影响,在不同前泵腔间隙下,前泵腔内液体在给定半径条件下,沿圆周角度分别为0°,90°,180°,270°四个位置的轴向上和在给定圆周角度条件下,沿半径分别为155mm,175mm,195mm,215mm四个位置的轴向上圆周分速度和径向分速度的变化规律。最后,研究了在非定常条件下,在不同前泵腔间隙下,前泵腔内液体在给定半径条件下,沿圆周角度分别为0°,90°,180°,270°四个位置的轴向上和在给定圆周角度条件下,沿半径分别为155mm,175mm,195mm,215mm四个位置的轴向上圆周分速度和径向分速度的变化规律。本文研究表明:通过采用本文所利用的计算方法,离心泵的扬程和效率的数值计算结果与试验数据符合较好。结果显示,前泵腔内的流场分布具有明显的非轴对称性,圆周速度和径向速度在前泵腔内沿轴向的分布具有一定的相似性,但沿周向和径向的分布规律不同。研究发现,泄漏是由于在靠近壳体一侧,液体旋转角速度较小,径向压差克服离心力的作用而使液体从蜗壳流入前泵腔,再经口环进入叶轮入口所产生的。由于泄漏的影响,导致叶轮入口处的冲击损失较大。随着前泵腔间隙的增加,前泵腔内液体的泄漏速度降低,前泵腔内的能量损失降低,这会使得扬程相应增加。在非定常条件下,在圆周角度为180°条件下沿不同半径的轴向上,前泵腔核心区液体的圆周分速度在同一半径上基本保持不变,但沿径向是变化的,并且由内向外逐渐降低。此外,本文的研究内容对于离心泵泵腔内复杂流动现象提供了参考,对于离心泵泵腔的设计具有一定的指导意义。