离心泵作为一种输送流体并使流体增压的叶片式流体机械,广泛的应用于石油化工、航天航空、农业灌溉、泵站引水、核电站等众多领域。通常情况下,离心泵输送的流体为单相液体,但在工程实际应用中,离心泵、特别是半开式叶轮的离心泵也用来输送含有一定含气量的液体,半开式叶轮离心泵由于存在叶顶泄漏流动,可以提高泵内气液两相间的混合程度,使其在气液两相流条件下的性能优于闭式叶轮离心泵。而叶顶间隙的变化会对半开式叶轮离心泵的性能,特别是气液两相流工况下的性能造成很大影响。此外,叶顶间隙的变化会使泵内压力分布发生一定的变化,进而对离心泵的空化性能造成影响。因此,合理的选择叶顶间隙值对半开式叶轮离心泵在气液两相流和空化条件下的高效稳定运行有着重要的工程应用意义。本文以比转速ns=33的半开式叶轮离心泵（设计流量Qd=12.5m~3/h,设计扬程为Hd=50.34m,额定转速为n=2900r/min）为研究对象,采用数值模拟与实验验证的方法,开展了叶顶间隙对离心泵气液两相流特性及空化特性影响的研究工作。主要研究内容和结论如下:1.叶顶间隙对离心泵气液两相流特性及其内部流场的影响（1）设计了0.3mm、0.5mm、0.7mm以及1mm四种间隙值的模型泵,采用Eulerian模型和SST k-ω模型分别进行了不同进口含气率（IGVF）、流量工况下的数值计算,分析了叶顶间隙变化对模型泵外特性的影响。结果表明:当IGVF≤5%时,模型泵的扬程和效率随着叶顶间隙的减小而增大,0.3mm叶顶间隙值为最佳间隙值;当IGVF≥7%时,偏设计工况,特别是小流量工况的扬程和效率随叶顶间隙变化的幅度减弱,且当IGVF=12%时,大部分流量工况的效率值在0.5mm间隙值时达到最佳值。（2）在气液两相流工况下,气相在泵内的聚集是影响模型泵性能的重要因素。气相首先在叶片前缘的吸力面处开始聚集,并随着IGVF的逐渐增加,气相的聚集范围逐渐向流道内部、叶轮出口、叶片压力面以及间隙层内扩散,适当增大叶顶间隙,可以加强泵内气液混合程度,改善泵内流动状态。在低IGVF（≤5%）下,各模型泵内气相的聚集范围较小,聚集程度较低,叶顶泄漏流和泄漏涡对模型泵性能的影响较大,其中叶顶泄漏流流线分布随叶顶间隙的增大而减少,各模型泵的叶顶泄漏涡结构基本一致,但强度和分布范围随叶顶间隙的增大而略有增大,故而湍动能主要分布在叶顶间隙层内并随着叶顶间隙的增大向叶顶附近扩散;当IGVF=12%时,由于气相在叶轮和间隙层内部的高度聚集,使得叶顶泄漏流流动有所减弱,但叶顶泄漏涡结构变得复杂,此时叶轮内的流动变得极为紊乱,导致模型泵的作功能力严重下降。2.叶顶间隙对离心泵空化特性及其内部流场的影响（1）采用Zwart-Gerber-Belamri模型对上述各间隙值模型泵进行了空化流动的数值计算,并分析了叶顶间隙值对模型泵空化特性的影响。结果表明:叶顶间隙值越小,模型泵的临界空化数越小,其中0.3mm间隙值模型泵叶片表面压力和泵内湍动能的分布受空化数的影响最小,因此0.3mm间隙值模型泵的空化性能最佳。（2）空化产生的空泡在泵内的聚集是导致模型泵性能下降的主要原因。随着空化数的逐渐减小,各模型泵内的低压区域和空泡的聚集范围逐渐扩大,空化形式逐渐从叶片前缘吸力面的附着空化向流道内和叶片压力面扩散转变为脱落空化,且在临界空化数下发生了叶顶泄漏涡空化,而叶顶泄漏涡空化与泵内空化相互作用,导致模型泵的空化数迅速降到断裂空化数,这一过程随着叶顶间隙的减小逐渐缩短。