液环泵是一种常用来抽送气体的流体机械,因为其具有结构紧凑、等温压缩、抽气量大等特点,被广泛应用于石油、煤矿、化工、冶金等领域。特别是在煤矿瓦斯抽送、国防风洞及核电系统等国家重要领域中对高性能液环泵的需求。但是由于叶轮轴向间隙的存在,在叶片工作面与背面压差力及泵体内的周向非对称的压力分布作用下,气液两相泄漏流动呈现复杂的时空结构,且泄漏与主流相互干扰,对泵的性能影响严重。因此,为改善液环泵轴向叶顶间隙泄漏流场结构,提升液环泵水力性能,本文提出液环泵叶片轴向叶顶凹槽结构设计,以2BE-203A型液环泵为研究对象,采用数值模拟方法分析液环泵叶轮轴向间隙泄漏流动及其与主流的相互干扰作用,对比分析凹槽叶顶与平顶间隙泄漏流动及其性能,分析结果表明:1.凹槽型叶顶结构的液环泵各工况下的进口真空度相对于平顶间隙结构的液环泵均有提升,并且效率也大于平顶型间隙结构,叶顶凹槽在一定程度上能够提升液环泵的水力性能。随着流量的增大叶顶凹槽对于液环泵性能改善效果越明显。2.大流量工况下,液环泵轴向叶顶间隙及凹槽内流场与叶轮在轴垂面上流动分布基本一致,气液两相基本呈分离状态。在小流量工况下,气液分界面逐渐变得紊乱不清晰。3.凹槽型叶顶间隙压力面前端的角涡及吸力面后方的泄漏涡结构与平顶型间隙一致,由于凹槽的面积扩散作用,凹槽内的低速流体在工作面泄漏过来的射流作用下形成凹槽涡。液环泵轴向叶顶压力面前端的的角涡及吸力面后方的泄漏涡强度由轮缘到轮毂逐渐增强,在叶轮内的通道涡发展演变复杂。凹槽型轴向叶顶能够在一定程度上减弱角涡及泄漏涡的强度。4.凹槽型叶顶由于凹槽的缓冲作用,使得间隙内及叶片吸力面后方的泄漏流强度、湍流强度及功率损失相对于平顶间隙结构均有一定程度的减小,因此叶顶凹槽结构能达到提升泵的吸入真空度和效率的目的,从而提升液环泵的水力性能。5.沿圆周方向,过渡区、吸气区、排气区等截面上涡量分布各不相同,在气相分布区域的轴向叶顶间隙泄漏涡强度明显高于液相分布区域。