水泵是一种应用广泛的耗能机械,其中高扬程、小流量的低比转速离心泵被广泛应用于农田生产、城市给水、能源及交通等诸多领域。叶轮作为离心泵的重要工作部件,它的形状、尺寸、加工工艺等对泵性能有决定性的影响。然而实际生产制造过程中,由于铸造、加工精度、装配误差等方面的缺陷,叶轮不可避免地存在质量不平衡,进而在运行过程中造成水力不平衡,引起振动,产生噪音,加速轴承磨损,缩短水泵寿命,严重时能造成破坏性事故。为充分认识偏心叶轮对离心泵内部流场的影响,本文提出一种装配非对称叶片的低比转速离心泵。在0.8Q、1.0 Q、1.2 Q流量工况下对叶轮偏心距为0mm、1mm、3mm、5mm泵的全流场区域进行定常和非定常数值模拟,对比分析整泵的能量特性、压力脉动特性、径向力特性以及汽蚀特性的变化规律。选取叶轮偏心距为0mm和3mm的泵进行能量特性、压力脉动特性以及汽蚀特性试验,并与数值模拟对比分析。主要研究内容和结论有:1.建立叶片水力非对称性低比转速离心泵三维数值计算模型,进行结构化网格划分,采用k-?湍流模型对4种方案模型泵进行三维定常数值模拟,并与试验结果进行对比,结果表明:偏心之后的泵性能变差,且随着叶轮偏心距离的增大,扬程和效率逐渐变小,但偏心距离对扬程和效率影响有限。数值模拟的方法可以较为准确的预测模型泵的水力性能。2.在定常模拟结果的基础上,采用k-?湍流模型对4种方案模型泵进行三维非定常数值模拟,并与试验结果进行对比,结果表明:(1)4种方案在同一监测点处的叶频及其谐频的幅值大小基本一致,轴频及其谐频(叶频及其谐频除外)的幅值依次增大。在0.8Q、1.0Q、1.2Q工况下,4个监测点处的压力脉动特性变化规律基本相同,同一监测点处的压力脉动幅值随流量工况的增大而减小。(2)在额定工况附近,叶轮和蜗壳上径向力随流量的增大而减小,且叶轮上径向力远小于蜗壳上径向力。相比偏心0mm,偏心1mm、3mm、5mm方案中叶轮上径向力波动幅值剧烈且不规律,蜗壳上径向力同样具有明显的周期性,大小变化不大,但波动幅值有明显区别,且随偏心距离的增大而增大。3.基于标准k-?湍流模型和Rayleigh-Plesset汽蚀模型,对4种方案模型泵泵的汽蚀性能进行三维定常数值模拟,并与试验结果进行对比,结果表明:在相同工况下,偏心0mm、1mm、3mm、5mm对应的临界汽蚀余量依次增大,即随着叶轮偏心距离的增大,离心泵的汽蚀性能逐渐变差;临界汽蚀余量随流量的增大而增大,即汽蚀性能随流量的增大而变差。