流量小、扬程高是低比转速离心泵特有的优势,被广泛的应用于与流体相关的各个部门中。虽然低比转速离心泵在国民经济中发展中发挥着重要作用,但其效率偏低,而且在实际运行中易发生空化,导致泵的性能下降,甚至会使机组产生振动和噪声,因此研究如何提高低比转速离心泵性能问题具有极高的工程应用价值。以KQW125-315型低比转速离心泵作为本论文的研究对象,在距叶片头部占叶片总长度1/30处设计了10种孔径大小不同的圆柱孔,孔径由1mm变至10mm,孔径变化间隔为1mm。采用试验与数值模拟相结合的方法,研究叶片进口位置穿孔对离心泵性能的影响。具体的研究内容及主要结论如下:(1)设计并搭建离心泵测试试验台,将外特性及空化的实验结果和数值模拟结果作对比,以此验证数值计算时所选的湍流模型及空化模型的合理性。(2)在额定流量、空化初生条件下,对模型样机和所设计的10种方案的低比转速离心泵进行了稳态数值模拟,通过对比模拟结果发现,当穿孔直径为8mm时,扬程、效率均得到明显提高,且可显著提高离心泵的空化性能;叶片背面低压区分布范围、叶轮和蜗壳扩散段中总的旋涡区的分布范围、叶轮和蜗壳内总的湍动能分布范围与叶轮内汽泡分布范围都在穿孔直径为8mm时达到最小。(3)在额定流量、空化初生及临界空化工况下对穿孔直径为8mm的叶轮及原型叶轮的离心泵进行瞬态数值模拟,结果表明,在原型叶轮中,蜗壳隔舌位置处,叶片背面的低压区分布范围随时间的变化先减小后增大;在穿孔叶片的叶轮中,叶片背面的低压区分布范围随着时间的变化呈先增大再减小后增大的变化规律,但每个时刻穿孔叶片背面的低压区分布范围较原型叶片背面的小;无论是空化初生还是临界空化工况下,从蜗壳隔舌位置附近所对应的叶轮流道开始,随时间的变化,漩涡区分布范围先减小后增大,且旋涡区形成的位置和个数一致,唯一不同的是,穿孔叶轮流道内旋涡区分布范围较小;无论是在空化初生工况还是临界空化工况下,从蜗壳隔舌位置附近所对应的流道开始,随时间的变化,湍动能分布范围和湍动能强度先增大后减小,且在泵的中间截面上,穿孔叶轮的湍动能分布范围和强度在每个时间点上都比原型叶轮的小;在一个周期内的不同时刻上,穿孔叶轮在叶片头部产生的汽泡形状和原型叶轮的相同,主要是附着汽泡,但在穿孔位置处,附着汽泡鼓起,逐渐远离叶片。(4)对穿孔前后离心泵进行瞬态数值计算时,在叶片工作面、背面和蜗壳上共设置16个监测点,对比分析了穿孔前后叶片工作面、背面和蜗壳各监测点的压力脉动情况。对比发现可得,对于叶片背面而言,除穿孔位置处压力脉动幅值大于原型叶轮的压力脉动幅值外,其余监测点上的压力脉动幅值都小于原型叶轮的;对于叶片工作面而言,在叶片进口位置处的压力系数脉动幅值小于原型叶片的,且随进口压力降低,变化更为明显,穿孔叶片出口处的压力系数脉动幅值大于原型叶片的,但随着进口压力降低,这种现象逐渐减弱;在蜗壳中,装配穿孔叶片叶轮的蜗壳各监测点上的压力系数脉动的最大幅值都低于装配原型叶轮的蜗壳的压力系数脉动的最大幅值。