井筒式立式潜水轴流泵装置一般由开敞式进水池、轴流泵叶轮、扩散导叶体以及井筒式出水流道4部分组成。由于其结构简单、维修方便及工程投资小等优点,近年来在城市排涝工程及农业灌溉工程中得到了越来越多的应用。而已有的数值模拟及模型试验发现立式潜水轴流泵装置的效率较低,因此针对该型泵装置进行优化设计来提升其水力性能以降低能源消耗有着重要的意义。本文采用商用CFD软件对某常用的原始井筒式立式潜水轴流泵装置进行数值模拟,并针对不同流量下的内流特性及水力性能进行分析。计算发现:原始立式潜水轴流泵装置的水力性能较差,其中开敞式进水池及轴流泵叶轮的性能较好而扩散导叶体及井筒式出水流道的水力损失较大。扩散导叶体内部在不同流量下均存在大范围的回流区域,使得导叶体出口的剩余环量较大,水流在井筒内及井筒与出水管之间的连接段出现明显的脱流并在出水管进口处形成大范围旋涡,回流旋涡区域随着流量的上升而增大。针对扩散导叶体中导叶轮毂出口半径L1、扩散管轮毂出口半径L2、导叶间距d及扩散管出口半径L34种几何参数进行正交试验设计。计算发现:泵装置的扬程及效率随着L1的上升先上升后下降;随着IL2及L3的上升,扬程及效率也呈现出先上升后下降的趋势,但总体变化不大;随着d的逐渐上升,扬程效率先生后下降。通过k值分析得出影响泵装置扬程效率的因素排列依次为L1>La>L3>d,通过综合频率法得出了最优组合方案。该方案在设计工况下扬程与效率分别为3.76m及74.6%,相比于原始立式潜水轴流泵装置在设计流量下的扬程效率提高了 8%,优化效果明显。针对井筒式出水流道中倒角距离A、出水管半径R、电机收尾角度θ以及电机尾部与出水管中心线的距离L 4种几何参数进行正交试验设计。计算发现:随着A的逐渐上升,井筒式立式潜水轴流泵装置的水力性能先上升后下降;泵装置的扬程及效率随着R的上升逐渐上升且上升的速率逐渐减小;随着θ的上升,泵装置的水力性能先上升后保持不变;而随着L的上升,扬程效率逐渐上升。影响泵装置扬程效率的因素排列依次为R>L>θ>A,考虑到工程投资不应过大的情况下。通过数值模拟得出设计流量下的最佳组合方案的扬程效率分别为3.94m及78.85%,优化效果较明显。对原始方案及最终优化方案在不同流量下分别进行定常及非定常计算并进行对比分析。研究发现,优化方案扩散导叶体内部的流态均好于原始方案,设计流量下导叶体的水力损人相比减小了 26.5%,优化方案的井筒式出水流道的流态优于原始方案,出水管进口内部的回流区域较小,水力损失相比原始方案小了 43.1%。不同流量下,优化方案扩散导叶体内各采样点的压力脉动及压力脉动强度小于原始方案。综合来看,优化方案在内流特性、水力性能及压力脉动特性均好于原始方案。对于常用立式潜水轴流泵装置的整体结构尺寸,推荐(?)1与(?)2保持在10.43(?)18.22(?)及24.81(?)32.02(?)间。在工程条件允许的范围内,尽可能地增加井筒式出水流道的整体高度及出水管半径,并对井筒与出水管的相贯线进行倒角或倒圆处理。