潜水轴流泵特性试验研究与数值模拟
轴流泵流量大、扬程低，广泛应用于农田灌溉、大中型泵站、工业用水等多个领域。潜水轴流泵不仅具有普通轴流泵的特点，而且结构简单、可靠性高。我国已研制出许多成熟的优秀轴流泵水力模型，但其中提高同步转速,比转速偏低的较少，因此需要对其进行研发。
针对这个情况，本文从设计方法出发，探讨提高转速后，现有轴流泵叶轮设计方法的适用性，并通过试验测试和数值模拟两种方法深入研究较高转速潜水轴流泵的性能特点及内部流场特性，为研发高性能轴流泵水力模型提供依据。
本文的主要研究工作及结论如下：
1. 自行研制转速2900 r/min,比转速550的轴流式模型泵：分别采用升力系数法和圆弧法设计模型泵叶轮，将叶轮轮毂设计成锥形，采用流线法设计导叶。
2. 利用Pro/E、ICEM分别对泵流道进行三维实体造型和非结构网格划分，基于CFX，应用标准k-ε湍流模型，分别对两种方法设计的模型泵进行内部流场数值模拟，得到最优工况性能参数。即升力系数法：流量79 m3/h，扬程3.82 m，效率73.57％；圆弧法：流量90 m3/h，扬程4.55 m，效率83.11％。结果表明：采用圆弧法设计的模型泵性能相对较好。
3. 对采用圆弧法设计的模型泵完成样机试制并进行性能试验研究。试验得到其最优工况性能：流量91.53 m3/h，扬程4.36 m，效率82.14％，基本与设计工况吻合；对比分析试验与数值模拟结果，在设计工况下，流量相对误差为-1.67％，扬程相对误差为4.36％，效率相对误差为1.18％。这表明，在潜水轴流泵性能预测方面，标准k-ε湍流模型数值模拟己达到一定的准确度。
4. 对模型泵进行变转速和变叶片厚度性能试验。结果表明：
1）随着转速增加，轴流泵扬程、轴功率变化较大，最优工况点向大流量偏移，但最高效率值变化相对较小，这表明轴流泵适合采用变转速方法进行运行工况及性能调节；
2）在设计工况和大流量工况下，薄叶片泵性能较优；在小流量工况下，厚叶片泵性能较优。这表明，当泵运行在设计工况附近，在满足强度要求的条件下，叶片越薄泵性能越好。
5. 对模型泵变转速及变叶片厚度流场进行数值模拟，结果表明：
1）在同一流量工况下，叶片表面压力随转速的增大而升高，转速越大，压力等值线越稀疏；
2）在设计工况和大流量工况下，厚叶片进出口区域压力等值线密集，压力梯度大，流动紊乱，液流撞击严重，水力损失较大；在小流量工况下，叶片表面压力等值线相对密集，背面压力等值线发生扭曲，出口产生回流及二次流，厚叶片的变化更剧烈；3）数值模拟内部流场特性与试验外特性基本一致。
因为潜水轴流泵的工作原理与普通轴流泵工作在倒灌状态下时是相同的，所以研究结果可推广至普通轴流泵。
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