污泥回流泵作为污水处理工艺中污泥回流的动力设备,具有较大流量、极低扬程的特点,比转速n_s达到1600,广泛应用于市政工程、污水处理等行业。所输送的液体属于固液两相流,其中固体颗粒直径小于2mm,但液体内含有大量的纤维和杂质,易于缠绕或附着在叶轮上,造成污泥回流泵的不稳定运行,主要表现为运行时伴有剧烈的振动噪声以及机组负载过大设备不能持续运行。本文的主要工作和研究成果如下:1)针对污泥回流泵效率偏低、污泥回流效果不佳的情况,基于轴流泵叶轮的水力设计方法对污泥回流泵进行水力设计,得到了新型的污泥回流泵叶轮。2)基于多面体网格和棱柱层网格的混合网格为载体,对污泥回流泵进行数值计算,预测得到了泵的扬程和效率。通过设计污泥回流泵专用实验装置进行外特性试验,对比分析流量-扬程曲线发现污泥回流泵的数值模拟求解的准确。3)分别对直导叶进行节段式导叶和扭曲导叶的优化设计,以此提高污泥回流泵整体性能。利用数值模拟手段分析3种导叶方案的污泥回流泵性能,通过研究发现扭曲导叶方案很大程度上提高了污泥回流泵的扬程和效率,在设计工况下其扬程和效率分别提高了8.7%、9.1%。并且,扭曲导叶较好的改善导叶内部流动情况,减小液流对导叶的冲击损失,提高了污泥回流泵整体性能。4)基于线性后掠的方法对叶片进行优化设计,利用数值模拟方法研究后掠叶片对污泥回流泵性能的影响。通过对不同后掠叶片的污泥回流泵外特性以及内流场的分析发现,随着叶片后掠角的增加,污泥回流泵扬程曲线与轴功率曲线随之向下偏移,并且叶片后掠程度越大偏移越明显,而效率曲线并不随后掠角的变化呈现规律变化。在设计工况下,后掠角为20o的污泥回流泵效率值最大,效率较原型叶片提高了2.8%,而后掠角为60o的污泥回流泵效率值最小,效率降低了2.6%。同时,随着后掠角的增加,叶轮内径向流动分布范围增加,叶缘处径向速度增大。5)污泥回流泵内部为复杂的非定常流动,因此对其进行非定常计算,研究后掠式污泥回流泵内部流场的压力脉动特性。通过研究发现,随着后掠角的增加,后掠叶片降低了主频处压力脉动幅值,60o后掠叶片压力脉动幅值约为原型叶片的50%,后掠叶片能够提高污泥回流泵的运行稳定性。