高速离心泵,因其具有扬程高、流量小、比转速低的特性,在航空工业,化工、石油化工等高度专业化领域具有难以被其他设备取代的地位。随着这些产业的高速发展,高速泵的设计理论也日趋完善,但是由于高速泵内部压力较高、介质流速较快,泵体内部容易产生旋涡、回流及空化现象,通产采取在高速泵叶轮前端设置诱导轮以减小叶轮内部回流、空化现象。通过在诱导轮进口端设置抑流装置能有效抑制回流及空化,优化高速泵内部流动。本文通过结合高速泵进口段及抑流装置进行设计提出文丘里空化抑制装置,并探究其对高速泵内部流动的影响。本文通过大量三维流体数值模拟并结合正交试验,从27个文丘里空化抑制装置几何参数组合方案中筛选与带诱导轮离心泵所匹配的方案,并确定文丘里空化抑制装置较为合适的圆弧段半径、直线段长度以及进口段最小内径,同时探究三个几何参数对高速泵扬程及流量影响程度的大小。接着对设置该进口段的方案在定常单相流条件进行流场研究,以探究其对于高速内部流动的影响。然后进行空化状态下的计算分析,对比各方案间对于高速泵内部空化的影响。最后引入含沙水作为流质,探究文丘里空化抑制装置在流质为含沙水状态下,对高速泵内部流场的影响。主要研究内容及成果如下:(1)通过正交几何参数产生27种文丘里空化抑制装置方案并通过Ansys CFD软件进行数值模拟后,发现多个方案均能较好地提高高速泵性能其中圆弧段半径r=0.03m、直线段长度L=0.1392m、进口段最小内径D=0.1392m的方案表现最优。对各参数进行进一步分析后得出进口段最小内径这一参数在三个几何参数中对高速泵性能影响最大的结论。(2)选取表现较好的三个方案与不设置文丘里空化抑制装置方案进行单相流内部流场对比,发现文丘里空化抑制装置通过将诱导轮叶片吸力面产生的回流控制在一定范围内、防止其进一步扩散,以达到优化高速泵内部流场的作用。(3)对以上三个方案及不设置文丘里空化抑制装置方案进行空化模拟并对比,发现设置与高速泵相匹配的文丘里空化抑制装置能够在设计流量及小流量工况下控制回流、抑制空化的产生及扩散,且对于叶轮压力面及吸力面的压力分布影响较小。(4)以不同含沙量的含沙水作为流动介质,选取一个方案及不设置文丘里空化抑制装置方案进行数值模拟,发现沙粒体积分数在1%~5%范围内逐步增加会导致诱导轮内部水平截面的压力梯度增加,进而增大诱导轮流道内产生回流漩涡的可能性。通过设置匹配的文丘里空化抑制装置能够减小诱导轮内部水平截面的压力梯度,进而减小产生回流漩涡的可能性;同时在沙粒浓度为1%~3%左右时,设置文丘里空化抑制装置对于提高叶轮内部压强作用较好且压强相对较小。(5)在小流量工况下,沙粒体积分数范围为1%~5%时,含沙量的变化对于高速泵内部压力分布的影响相对于设计工况有所降低。在沙粒体积分数为1%~3%时,设置文丘里空化抑制装置能够有效提高叶轮出口位置压强,达到减小流体能量损耗的作用,当沙粒体积分数进一步扩大至5%时,该作用将会在一定程度上降低。