本文在国家自然科学基金资助项目“带分流叶片离心泵流固耦合诱导振动特性研究”(编号:51009072)、江苏省自然科学基金“基于流固耦合的低比转数离心泵非稳定流动特性研究"(编号:BK2010347)、江苏省高校自然科学研究项目“带分流叶片离心泵非定常流动特性及无过载优化模型研究”(编号:09KJB570001)的资助下开展工作。　　 单叶片螺旋离心泵叶轮形状不对称、质量分布不均匀,与普通的单流道泵一样,叶轮会产生较大的径向力,而径向力过大使泵轴受到交变应力的作用,造成螺旋离心泵的振动,并直接影响其工作的稳定性,所以对该类型泵的径向力分析是很有必要的。本文在借鉴普通离心泵分流叶片设计方法的基础上首次设计了15种带分流叶片螺旋离心泵叶轮,并选出叶轮质心距轴线最近的设计方案,进行数值分析,对比单叶片与带分流叶片的螺旋离心泵作用在各自叶轮和蜗壳上的径向力,并发现其分布情况,同时在流固耦合的基础上对两个模型的静应力和模态进行分析。主要的研究内容及创新点如下:　　 (1)基于Navier-Stokes方程和标准к-ε湍流模型,利用CFX软件对四种间隙多种工况下单叶片螺旋离心泵内部流动进行了定常数值模拟,结果表明:泵的螺旋段与吸入室之间间隙对扬程影响显著,扬程有随着间隙变大而减小的趋势,间隙以小于1mm为宜,该间隙对作用在叶轮和蜗壳上的径向力大小和方向的影响并不显著。四种间隙下该螺旋泵的最小径向力均出现在0.75Qd附近。与Stepanoff针对普通离心泵的预测相比,各个工况下该螺旋泵的径向力均较大。　　 (2)设计了三种偏置度、五种包角下的15种带分流叶片的螺旋离心泵叶轮,应用数值模拟方法对各个叶轮模型的效率、扬程、作用在叶轮上的径向力等因素进行对比分析。结果表明:分流叶片的添加会在设计流量和小流量下降低泵的效率,在大流量下提高泵的效率,最佳工况点有向大流量偏移的趋势。在设计流量下,分流叶片的添加会使内部压力分布更加均匀,压力变化梯度相对减小。添加分流叶片叶轮的径向力在各个工况都比原叶轮的径向力的有明显减小,在相同流量下,叶片质心离轴线越近,径向力越小；叶轮最小径向力均出现在大流量工况下。单叶片螺旋离心泵叶轮分流叶片的设计,其出口与原有叶片的出口成180度对称布置为宜,质心愈接近轴线愈好。　　 (3)对上述优秀带分流叶片的螺旋离心泵模型,连同原有的单叶片螺旋离心泵模型,采用RNGк-ε湍流模型进行三维非定常数值模拟,对比单叶片和带分流叶片的螺旋离心泵叶轮和蜗壳上的径向力,结果表明:各个工况下,单叶片和带分流叶片叶轮上的径向力呈明显的周期性变化。带分流叶片叶轮上的径向力大幅降低,作用在叶轮上的径向力的变化趋势关于坐标轴更为对称,且基本呈椭圆形分布。不同工况下,虽然带分流叶片的螺旋离心泵作用在蜗壳上径向力比单叶片螺旋离心泵作用在蜗壳上径向力有小幅提升,但作用在蜗壳上的径向力波动幅值有大幅下降,且高频脉动有所减少。　　 (4)基于流固耦合理论应用ANSYS Workbench软件,分别对单叶片螺旋离心泵叶轮和带分流叶片叶轮在设计工况下的应力、形变和空气中的模态进行了分析,结果表明:两个模型的应力均在叶轮进口和出口处较大,最大应力均出现在叶轮进口的轮毂处,均远小于材料的许用应力。添加分流叶片后叶轮最大的应力有小幅减小。叶轮进口和叶轮出口从轮毂到轮缘形变有逐渐增大的趋势,叶轮的轮缘处从进口到出口形变有先减小后增大的趋势,且最大的变形区域出现在叶片进口的轮缘处。添加分流叶片后,最大形变减小。分流叶片的添加使得叶轮的各阶频率有所下降。