为了深入分析旋流内部流场的压力脉动特性,建立旋流泵数值计算模型,基于标准k-ε湍流模型,开展旋流泵内部流动结构的非定常计算,分析旋流泵进口、出口及压水室的监测点的压力脉动情况,探讨各处压力时域与频域图变化规律,并对脉动特性进行试验验证。结果表明:不同工况下旋流泵压力波动呈现明显的周期性变化;叶轮与隔舌处的干涉作用是压力脉动的来源,隔舌处的脉动主频以叶频为主;旋流泵内部充满大量回流与漩涡,也是造成流动不稳定的因素,该研究结果为旋流泵的稳定运行提供了理论依据。

本文分析了几何参数对旋流泵特性的影响，提出叶轮外径D_2、涡室径向尺寸R_V及涡室喉部面积F_（thr）为旋流泵设计三要素。在大量试验基础上，提出一种实用的旋流泵设计方法。作者运用该设计方法开发了六种规格产品，性能均达到规定指标。

<正> 一、前言随着国民经济的发展,各部门对污水污物泵的需求量逐步增加,因此对其性能、可靠性等提出了较高的要求。旋流泵由于结构简单、无堵塞性能好,并且有较好的可靠性,得到了越来越广泛的应用。由于以前尚未搞清旋流泵的工作原理和内部流动规律,因此,设计中盲目性大。随着计算机技术的逐步普及,已可对泵内流动进行数值模拟。为了检验计算方法的

在前人对无叶腔内流场和作者对叶轮内流场测试的基础上,建立流动模型,提出了求解旋流泵叶轮内流场的全三维势流边界元解法,计算结果与实测值吻合较好。

旋流泵是无堵塞泵的一种，无堵塞性较好，但磨损率较高。其主要结构特征是叶轮退缩在压水室后面的泵腔内，叶轮的前面有一段无叶腔，叶轮主要型式为开式叶轮。叶轮在泵腔内旋转时在叶轮的前面形成两种流动：贯通流和循环流，贯通流通过叶轮和压水室流出，循环流在无叶腔内作循环流动。液下泵则是一种立式、叶轮淹没于液体、无需灌泵、密封性能较好的一种泵型，可以广泛替代自吸泵。叶轮悬空的液下旋流泵则是集旋流泵、液下泵优点于一身，同时又具有可靠性较高、生产维护成本较低等特点，是一种新型的液下泵。

为了分析旋流泵内固液流动特性,采用Eulerian多相流模型,扩展的标准κ-ε湍流方程与SIMPLEC算法,应用流体动力学软件FLUENT对旋流泵叶轮内固液两相湍流进行了数值模拟。分析了多种粒径及浓度条件下的固相体积浓度分布规律。在旋流泵叶轮固液两相流动中,固体颗粒还是主要集中于叶轮工作面,因而会加剧叶轮工作面磨损破坏速度。数值结果表明,泥沙颗粒直径变大以及泥沙浓度的加大都会使旋流泵扬程和效率下降,其中浓度的变化对扬程和效率的影响更明显。

为提高旋流泵的扬程与效率,进行了高低折边叶片对旋流泵性能影响的数值模拟与试验研究。通过3种不同叶片的水力性能对比,分析了高低折边叶片对旋流泵性能的影响。选用Pro/E造型,采用非结构化网格,把旋流泵无叶腔和叶轮作为一个整体来模拟旋流泵内部三维不可压湍流场。计算结果表明：旋流泵内部存在较强的纵向旋涡和轴向旋涡,高低叶片和折边叶片可以改善旋流泵内部流动情况,提高旋流泵的扬程与效率;在模拟的基础上,进行了试验研究,试验证明了模拟结果的正确性,高低叶片效率提高约3%,高低折边叶片效率提高约2%。

基于Eulerian多相流模型和RNG κ-ε两方程湍流模型对旋流泵内的液固两相流场进行了数值模拟，获得了不同粒径、浓度时泵内的颗粒分布特性及对泵性能的影响。研究结果表明：固体颗粒进入泵内后主要集中于无叶腔内，无叶腔中的颗粒分布以泵轴为中心呈现一定的轴对称分布，随着粒径的增大，颗粒在无叶腔内壁面聚集的更加明显，随着浓度的增大，颗粒在无叶腔内的分布规律几乎没有变化，随着流量的增大，无叶腔中心部分颗粒浓度几乎不变的区域扩大；在叶轮内，叶片工作面附近的颗粒浓度要大于叶片背面的；随着粒径及浓度的增大旋流泵的效率会降低，随着粒径的增大泵的扬程会降低。

为获得旋流泵内更为符合物理真实的液固两相流动特征,在传统欧拉（Euler）双流体模型基础上加载群体平衡模型（PBM）,以考虑实际存在的颗粒聚并、破碎等动力学行为,与CFD耦合计算了不同流量、颗粒粒径及浓度下的液固两相流场,分析了颗粒存在对泵外特性的影响规律.计算结果表明：从进口到出口,叶片背面附近颗粒粒径明显增大;在叶轮出口位置,同一半径上,从叶片工作面到背面附近存在粒径梯度;在外缘部,沿轴向形成粒径梯度.与Euler模型计算结果对比发现：加载PBM模型后,颗粒总体浓度分布特征存在差异;同一轴截面上,颗粒浓度在中心部的分布基本相同,而在中间和外缘部位置出现差异.PBM模型计算得到的泵扬程、效率曲线更接近于实验值,证明基于CFD一PBM耦合计算的预测精度更符合实际.

旋流泵的无堵塞特性使得其在化工、制药、造纸以及污水处理等行业中得到了广泛的应用。本文对旋流泵的基本工作原理和内部流动特性进行了分析,总结了国内外旋流泵的研究历史及目前研究现状,结合各国学者提出的几种经典的流动模型,由此给出分析旋流泵设计中存在的问题,为今后一个阶段内旋流泵的研究热点和发展方向提供参考。