离心泵作为工农业领域中常用的通用机械,其叶轮的参数设计是影响性能的关键点,而叶片包角与叶片数的参数设计对其性能的影响尤为重要,但目前大多数学者均是单一改变叶片包角或叶片数对此研究,对叶片包角与叶片数的协同设计研究较少。在实际工程中,输送介质一般为多相流,因此对于运行在固液两相流条件下的离心泵而言,协同研究尤为重要,故本文将探索高比转速离心泵叶片包角与叶片数两参数协同设计方法并对其协同设计的高比转速离心泵固液两相流进行深入研究,为后续叶片参数对离心泵固液两相流的影响研究提供一定的参考。论文基于现代泵设计理论及数值模拟方法,对高比转速离心泵叶片包角与叶片数进行协同设计方案的确定,建立高比转速离心泵三维流动计算模型,在定常及非定常条件下利用流体分析软件CFX数值模拟了离心泵的固液两相流。对高比转速离心泵在不同颗粒浓度下其叶片包角与叶片数协同设计的效率、扬程等性能变化情况进行了分析,得到了在某一颗粒浓度下各种研究方案的叶轮压力分布、叶轮颗粒速度分布、叶轮颗粒体积分数分布规律及无量纲化后颗粒速度与颗粒体积分数在叶轮叶片上具体位置分布的具体量。同时在叶轮流道及蜗壳内设置了监测点,对其瞬时压力、瞬时湍动能、压力脉动、径向力等的变化情况进行了探讨。主要研究成果如下:(1)清水条件下,随叶片包角的增大,离心泵的效率逐渐增大,扬程先增大后减小。固液两相流条件下,随叶片包角的增大,离心泵的效率先增大后减小,扬程逐渐降低。在含沙情况下,包角的变化对最优效率值的影响不大,包角的增加使叶轮内压力整体降低,却改善了叶轮内颗粒体积分布、蜗壳内压力脉动、设计流量下的叶轮及隔舌径向力,但会增大叶轮内颗粒速度、设计流量及大流量工况的叶轮整体压力脉动。(2)清水条件与固液两相流条件下,随着叶片数的增大,离心泵的效率、扬程均增大。在含沙情况下,叶片数的变化对最优效率值的影响不大,叶片数的增加使叶轮内整体压力变大,固体速度降低,颗粒体积分数分布变差,同时减小了离心泵整体压力脉动。(3)叶片包角与叶片数的各协同设计方案中,固液两相流及清水条件下离心泵的最优叶片包角值均随着叶片数的增加逐渐减小。固液两相流条件与清水条件相比,不同叶片数方案的效率最优包角值更小,高效范围也更窄,扬程下降速度更快。协同设计对固液两相流条件下离心泵效率的影响比清水的更大。固液两相流条件下“Z=7与φ=80°”方案中的效率达到最优。(4)叶片包角与叶片数的各协同设计方案中,叶轮内的固相较大速度出现在叶片前缘,经流道中段区域延伸到出水边附近的叶片工作面,且颗粒主要集中在叶片吸力面后半段。在不同流量下,适当同时增大叶片包角与叶片数将使叶轮内的压力、固体速度及固相体积分数分布得到一定的改善,但当叶片包角、叶片数任意一者增加过大时,叶轮内的压力、固体速度及固相体积分数分布会变差,其中“Z=7与φ=100°”方案中的压力分布最优,“Z=6与φ=90°”方案中的颗粒速度分布最优,“Z=5与φ=110°”方案中的颗粒体积分数分布最优。(5)叶片包角与叶片数的各协同设计方案中,同一周期内,压力均呈梯度变化,湍动能集中在叶片吸力面。适当同时增大包角和叶片数能改善叶轮的瞬时压力、瞬时湍动能、离心泵的压力脉动及径向力,但当二者都增加过多时,叶轮的瞬时压力、瞬时湍动能、离心泵的压力脉动、径向力分布会变差。存在“Z=6与φ=90°”方案中的瞬时湍动能、“Z=7与φ=100°”方案中的瞬时压力与压力脉动、“Z=5与φ=110°”方案中的径向力最优。(6)叶片包角与叶片数的各协同设计方案中,不同颗粒浓度条件下,离心泵效率最优点的包角值随叶片数的增加而降低。随着颗粒浓度的增大,各叶片数方案的效率、扬程及其最优叶片包角均减小。存在清水、颗粒浓度Cv=1%、Cv=2%、Cv=3%条件下以效率为目标的最优协同方案分别是“Z=7和φ=100°”、“Z=7和φ=100°”、“Z=7和φ=80°”、“Z=7和φ=70°”。