泡状入流条件下,气泡在离心泵内发生聚并和破碎现象,气泡积聚到一定程度,会形成气团或者气囊,从而影响离心泵的扬程和效率,导致离心泵的性能下降,甚至影响到整个系统的安全稳定性。因此,研究泡状入流条件下离心泵内的流动特性至关重要。本文通过数值模拟对泡状入流条件下离心泵内气液两相流动特性进行研究,并采用实验验证了数值模拟方法的准确性,探究了入口体积含气率、液相流量和转速等参数对离心泵扬程和效率的影响规律,主要成果如下:(1)建立了基于CFD-PBM(CFD-Population Balance Model)耦合模型的离心泵气液两相流数值模拟方法,与基于Eulerian-Eulerian模型的数值方法相比,该方法模拟结果与实验结果吻合更好,尤其是入口体积含气率较高时,能够更加有效的模拟气泡在离心泵内的聚并、破碎、分离等动力学行为,进而准确预测泵的“喘振”特性。(2)获得了入口体积含气率、液相流量和转速等参数对离心泵扬程和效率的影响规律。离心泵的扬程和效率随着入口含气率的增大而降低,随着转速的增大而增大。当入口体积含气率从3%增加到5%时,气泡形成气团滞留在叶轮流道内,无法随液相排出,离心泵扬程出现了突降现象,亦即发生了“喘振”;此外,随着液相流量的增大,离心泵的扬程和效率先降低后升高。(3)离心泵扬程和效率等外特性的变化规律与泵内截面含气率及气泡尺寸分布直接相关。随着入口体积含气率的增大,离心泵截面含气率逐渐增大,大气泡占比也不断增大。验证了已有的截面含气率和气泡尺寸预测模型,其中Estevam模型和Pineda模型预测截面含气率时适应性较好,误差不超过±20%;Gamboa模型预测的气泡尺寸相对误差不超过±30%,且入口体积含气率越大预测误差越小。