自吸式离心泵作为较特殊的一类离心泵,根据工作原理的不同可分为外混式、内混式、水环式和射流式自吸泵。四种泵被广泛应用在农业灌溉、市政排涝、石化和食品等行业的日常生产活动中。自吸泵从启动到正常工作包含启动过程和正常供水过程。启动过程主要包含流体吸入,气液混合、气液分离和流体回流等多阶段复杂的两相流动。由于自吸泵启动过程中,泵内部两相混合流体流动迅速且变化剧烈,所以探明自吸泵的自吸机理不仅可以有效提升泵的自吸性能,对于降低能耗也有一定帮助。本文对自吸泵的自吸过程及正常输水阶段泵内流体流动的规律展开深入研究,通过试验结合数值模拟的方法观察内部流体瞬时流动状况。同时通过切割叶轮外径,对比分析蜗壳与叶轮间间隙的变化对泵自吸过程中内流特性的影响。通过监测自吸过程中泵内重要断面、交界面及泵进出口的含气率、流量和压力等的瞬时变化,进一步理清自吸过程中两相的变化规律。本研究受到国家自然科学基金(No.51879120)的支持,主要工作如下:1.本文选用一台SD4-100型外混式自吸泵为研究对象。通过对自吸泵进行外特性试验,得到自吸泵在不同流量下的水力性能参数并绘制性能曲线。对比相同工况下自吸泵定常数值模拟计算结果,以验证水泵的设计是否符合工程应用需求和数值模拟的结果是否可靠;2.选取叶轮1/2厚度截面作为参考面,对自吸泵速度分布、压力分布、湍动能等进行分析,分析正常工作阶段泵内流体流动规律。结果表明在叶轮与蜗壳处存在较大能量损失,存在明显的射流-尾迹现象。湍动能大小和涉及范围随流量的增大而减小,同时涡量的分布随着流量的增加发生一定的转移,小流量下主要分布在进水流道及蜗壳内,大流量下主要分布在气液分离室及出口延伸段内;3.使用CFX17.1仿真软件,对自吸泵自吸阶段进行全流道两相非稳态数值模拟。在主要过流部件的交界面、蜗壳断面和进出口面设置监测点和监测面,用于监测自吸过程中气相流量及速度、液相流量及速度、压力和含气率等的变化。分析自吸过程中泵内两相分布、速度分布、压力分布、流线分布规律及含气率变化规律。结果表明,自吸泵的吸气与排气主要集中在启动过程的初期和中期,叶轮入口和泵出口的含气率分别超过60%和75%。叶轮出口存在一层明显的气液混合带,导致了叶轮出口到蜗壳内侧大片区域内的流动紊乱现象,降低了叶轮的做功能力进而影响了泵的正常排气。蜗壳和气液分离室内分布着较多大小不一的漩涡。这是由于蜗壳内混合流体存在速度差以及泵出口发生了明显的气液流动分离,两相混合流体回流并与气液分离室内流体重新混合会在气液分离室内形成较多漩涡。根据泵出口气相流量的变化曲线结合泵体在初始状态下泵内气相的质量,计算出较为准确的自吸时间。最后通过切割叶轮外径改变叶轮与蜗壳之间的间隙,观察不同间隙对自吸过程泵内流动的影响。结果表明随着叶轮与蜗壳之间间隙的增大,间隙处气相聚集更加明显,使得流体流动特性发生了改变,自吸泵的排气能力略有下降;4.对自吸泵自吸阶段两相流动产生的压力脉动进行数值模拟。在叶轮进口、叶轮中间流道、叶轮出口、蜗壳断面和蜗壳出口处分别设置多个监测点,采用先整体后局部的研究方法,并结合直观的时域图和频域图分析该过程压力脉动的规律。同时对不同进口含气率下泵内的两相流动规律及含气率对泵性能的影响展开研究。