为分析不同结构的过渡流道对串联高速离心泵空化特性的影响,以某型串联高速离心泵的第2级为研究对象,基于ANSYS Fluent中Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用RNG k-ε双方程湍流模型对同一工况下环形和螺旋形过渡流道在不同空化数下的增压值、叶片空化面积、流道内空泡体积进行了对比分析.结果表明采用螺旋形过渡流道的次级离心泵在流量区间32000~64000 L/h增压值提升约8.5%,大流量工况(qV>52000 L/h)下效率提升3%~6%.次级叶轮发生完全空化时,相比环形过渡流道,螺旋形过渡流道次级叶轮叶片背面空化面积和流道内空泡体积均有所下降.由此可见,螺旋形过渡流道抑制了叶轮叶片空化气泡的产生,提升了次级叶轮的抗空化性能.

为了提高多级离心泵的水力效率,以次级叶轮的进口直径为优化对象,保持叶片型线的方格网不变,共设计了5组具有不同进口直径的水力优化方案,基于RNG k-ε湍流模型进行定常数值计算,探讨次级叶轮进口直径的变化对多级离心泵水力性能的影响。结果表明:在一定范围内减小叶轮进口直径,能够降低叶轮的扬程与轴功率,但扬程减小的幅度有限,最低扬程仅比最高扬程减小了0.64%,而轴功率的降低幅度比较明显,最小轴功率比最大轴功率降低了1.90%,最终可使叶轮的水力效率提高1.29%,多级离心泵次级叶轮的进口直径存在最佳值,能使泵的水力效率相对较高。