射流式离心泵在大流量工况运行时,泵内部易发生空化,导致噪声急剧增大、扬程效率陡降等特性。这些问题已经成为制约射流式离心泵多工况安全稳定运行的一大重要因素。但对相关现象的机理及性能的优化方法鲜有报道。本文采用数值模拟与实验测量的方法,对射流式离心泵空化特性进行研究探索。分析了射流式离心泵空化特性与射流器内高速循环射流及强剪切流结构间的内在关系。本文的主要研究内容有以下几个方面:1.搭建射流式离心泵实验测试系统,分别对四种安装高度下射流式离心泵的空化及能量特性进行实验研究。实验结果表明:随着流量的增大,射流式离心泵扬程-流量曲线、功率-流量曲线、效率-流量曲线均出现陡降点,泵的水力性能急剧下降。随着安装高度逐渐增大,性能陡降点向小流量工况偏移。2.应用ANSYS-CFX软件对射流式离心泵进行单相数值计算。分析了不同流量下射流式离心泵内部流场信息。研究发现:由于喷嘴出口高速射流,射流式离心泵内压力最低点出现在射流器喉管处;射流器内能量交换在扩散段之前基本完成;射流式离心泵射流器内强剪切流动结构及泵腔漩涡流动是此类型泵能量损失的重要来源之一。3.对比分析了面积比m对射流式离心泵性能的影响,研究了三种面积比m的射流式离心泵射流器内流场信息。射流器面积比m对射流式离心泵性能影响巨大。随着面积比的增大,射流式离心泵扬程曲线的斜率不断减小,射流式离心泵效率随着面积比的增大而增大,轴功率随着面积比的增大而减小;面积比越小,射流喷嘴给叶轮进口提供的能量越大。4.射流式离心泵在大流量工况运行时出现性能陡降特性,为研究其性能陡降机理及性能陡降点工况泵内流动结构,对射流式离心泵在0.0m安装高度下的空化性能进行空化数值模拟,分析了射流式离心泵性能陡降点附近工况泵中间截面压力分布、空泡分布及射流器内速度云图,解释了空化发生在射流器喉管处的原因;为分析射流器对泵空化性能的影响,填堵喷嘴出口,由数值方法分析了无射流时泵的空化性能。设计了两种不同面积比的射流器,对比分析了面积比对射流式离心泵空化性能的影响。研究结果表明:数值模拟结果与试验数据吻合较好,设计工况扬程H和效率η的相对误差分别为2.46%和1.12%。数值模拟的空化流量点比实验测试得到的空化流量点大0.5m~3/h;射流式离心泵由于其面积比值较小,射流剪切层被迅速排挤到喉管壁面,泵内最低压力点出现在喉管内喷嘴稍后处,空化最早发生在该处;随着流量的增大,空化区域急剧向叶轮进口扩展,性能陡降起始点正好是泵内初生空化流量点,射流式离心泵的空化性能取决于其射流器的空化性能;射流器能提升离心泵扬程和自吸性能,但射流器内高速回流及强剪切流动,导致其效率及空化性能大幅度下降。随着面积比的增大,泵空化流量增大,泵的空化性能提高,泵功率降低,效率提高。