为建立叶顶间隙对低比转速小流量泵性能的影响关系,采用数值计算的方法,以叶顶间隙宽s和叶轮出口宽b的比值(s/b)表征间隙大小,对不同间隙下泵的性能展开对比分析。分析发现,随着间隙的增加,泵的扬程和效率均逐渐降低,最大和最小间隙下的扬程和效率差分别达15.4%,5.5%。当间隙较小即s/b<0.2时,扬程曲线在小流量工况会出现不稳定的“驼峰”现象,在s/b>0.3后,设计工况附近效率的降幅显著增大。从流动特性来看,随着叶顶间隙的增大,间隙泄漏流对叶轮内主流区影响加剧,会诱导严重的二次流和旋涡的产生,同时间隙内不稳定流动也会产生能量损失,造成扬程和效率下降。为低比转数小流量泵的设计与优化提供借鉴意义。

为研究叶顶间隙对离心泵气液两相流特性的影响,以比转速为33的半开式叶轮离心泵为研究对象,设计了四种叶顶间隙值(0.3 mm、0.5 mm、0.7 mm、1 mm)的模型泵,采用Eulerian模型对各间隙值模型泵进行了不同进口含气率(IGVF)不同流量工况下气液两相流动进行了数值计算,得到了不同IGVF下各模型泵的外特性曲线,并分析了叶顶间隙变化对模型泵外特性及其内部流场影响规律。结果表明:当IGVF≤5%时,气相在泵内的聚集程度较低,叶顶间隙泄漏流动是影响模型泵性能的主要原因,模型泵的性能随间隙值的增大而减小,0.3 mm间隙值为最佳间隙值;当IGVF=12%时,气相在泵内高度聚集,导致叶轮内部流动极为紊乱,湍动能的分布范围和强度也逐渐增强,由此造成的能量损失是导致模型泵性能下降的主要因素,其中0.5 mm间隙值模型泵的湍动能分布和强度最小,此时模型泵的性能达到最佳。

通过 CFD 技术，分析了不同流量系数下叶顶间隙对离心压缩机模型级性能的影响。结果表明，对于中、小流量系数模型级，叶顶间隙越大，其效率曲线下降越大，而对于大流量系数模型级，有一定的叶顶间隙可改善叶轮内流场，反而有利于离心压缩机效率性能。无论何种流量系数模型级，存在一定的叶顶间隙则可提升能头曲线。

采用CFD计算软件CFX11．0，基于标准的k—ε紊流模型和SIMPLEC算法，对带间隙的轴流泵的内部流场进行了数值模拟。研究和分析丁0、1、1．5、2和2．5mm五种不同径向间隙对轴流泵的能量特性的影响，并进行了性能预估。本次数值模拟捕捉到了叶顶间隙泄漏流动和间隙泄漏涡，并通过分析得出了间隙泄漏涡是由于间隙泄漏流与主流发生卷吸而形成的。

在轴流式叶轮机械中转子与机壳之间存在一定的间隙，该间隙的大小对叶轮机械的全压、效率和噪声等均有很大影响。结合近年来在叶顶间隙领域开展的研究，详细综述了国内外在叶顶间隙对轴流式叶轮机械性能及噪声的影响等方面的研究进展，并对叶顶间隙在今后的发展方向进行了展望，为叶轮性能的优化提供参考。