塑料离心泵因其优质性能应用于国民经济各个领域,叶轮材质多采用聚偏二氟乙烯、增强聚丙烯等高分子材料,由于塑料强度不足,流体流经叶轮并与叶轮之间发生相互作用,使叶轮产生变形,严重时导致叶轮结构破坏。叶片安放角是影响塑料离心泵性能的关键结构参数,现有研究并未将塑料离心泵叶片安放角设计与其他结构参数关联,且叶片安放角与塑料离心泵性能参数之间关系无规律可循,本文基于流固耦合,结合泵性能实验,研究叶片安放角对塑料离心泵性能影响。本文的主要研究内容包括:(1)基于速度系数法,对塑料离心泵过流部件进行水力设计,建立过流部件二维模型及三维模型图。(2)基于ANSYS CFX,对叶轮模型在不同工况下的流场进行模拟并对模拟结果进行分析;基于ANSYS Workbench,研究设计工况下不同流体载荷作用至固体结构对叶轮结构特性产生的影响,结果表明:塑料离心泵工作压力超过5atm会导致叶轮结构破坏。(3)建立不同出口安放角叶轮模型,研究出口安放角对塑料离心泵性能的影响,并针对不同叶轮模型进行单向流固耦合,研究出口安放角对叶轮结构特性的影响,结果表明:出口安放角在35°时可使塑料离心泵达到最高效率81%和最高扬程35 m,流场载荷作用在叶轮上使叶轮产生的最大变形量随出口安放角增加而增加。(4)根据斯捷潘诺夫速度系数法,提出一种包角设计方法,得到出口安放角β2=30°时对应包角大小φ=122°;基于设计包角,考虑进口预旋,将叶片安放角设计与进出口参数关联,提出叶片安放角设计方法,得到φ=122°时对应进口安放角大小β1=7°;改变进口安放角大小,建立多组叶轮模型,研究进口安放角对塑料离心泵性能影响,结果表明:随进口安放角增加,塑料离心泵效率及扬程均下降,在常压载荷下,叶轮变形量先减小后增加,β1=13°时叶片总体产生变形量最小。(5)保证其他结构参数不变,以水力损失最小和汽蚀余量最小作为目标函数,对叶片安放角进行优化,得到优化后的进出口安放角大小分别为:β1=19°,β2=33°。(6)对所建模型进行外特性实验,得到塑料离心泵的性能参数,验证仿真结果的准确性,并从实验数据中总结叶片安放角对塑料离心泵性能影响规律。本文主要创新点在于:(1)基于单向流固耦合,确定塑料离心泵最大工作压力,并研究不同压力载荷下出口安放角对塑料离心泵结构特性影响;(2)将叶轮进口与出口参数紧密关联,提出一种叶片安放角的设计方法,并在研究过程中提出包角设计方法;(3)在叶片安放角设计方法基础上,以水力效率最高和汽蚀余量最小作为目标函数,对叶片安放角进行优化,确定一个优质叶轮模型。