立式轴流泵装置常采用的两种出水流道结构型式为直管式和虹吸式,出水流道引导水流从水泵导叶体出口流向出水池的过程中更好地转向和平缓扩散,是低扬程泵站的关键组成部分,对泵装置效率有较大影响,因此,对直管式及虹吸式两种型式出水流道的水力性能进行较为准确的分析和评价,从而合理选择泵装置出水流道的型式至关重要。为此,本文运用数值模拟与模型试验相结合的方法,以立式轴流泵装置为研究对象,对立式轴流泵装置匹配的直管式和虹吸式两种出水流道的水力特性进行了研究,特别是出水流道内部涡结构的识别,对于出水流道内部流态的研究,进一步降低出水流道水力损失,提高泵装置效率具有一定的工程意义。利用CFD软件对立式轴流泵装置进行三维定常数值计算,并通过物理模型试验对比分析了不同工况下立式轴流泵装置直管式及虹吸式出水流道内部流场特性。小流量工况下,直管式出水流道内部水流呈明显的螺旋运动,进口中心存在大面积低压区,能量耗散较大,涡结构呈整片状、团状,大面积集中分布于进口圆管段及结构变化扩散段,进口流态较差;最优工况下,流态相对平顺,进口能量耗散最小,涡结构呈条状散乱分布在流道内;大流量工况下,流道沿程下方出现一定范围的脱流,进口能量耗散及涡结构分布与最优工况下大致相同。虹吸式出水流道在小流量工况下,上升段流线呈明显的螺旋状,驼峰段顶部及底部有明显的交叉水流,进口截面中心湍动能值整体高于直管式出水流道,高湍动能区域偏向流道顶部,涡结构呈片状集中分布于流道进口处及驼峰底部;最优工况及大流量工况下,整体流态平顺,驼峰段底部存在小范围低压区,涡结构大多呈现长条状分布在流道进口、驼峰段底部及流道出口下壁面处,大流量工况下流道进口湍动能分布相对不均匀。虹吸式出水流道沿程截面面积变化较大,1/4处水平投影长度截面处,虹吸式出水流道压力及速度分布较均匀;1/2处水平投影长度截面处,虹吸式出水流道底部低速区未出现;3/4处水平投影长度截面处,虹吸式出水流道截面流速较高,但低压区面积相对较小;流道出口处,虹吸式出水流道底部由于局部脱流出现了小范围低速高压区,出口条件较差;虹吸式出水流道各工况下整体水力损失大于直管式出水流道。通过PIV激光流场测试技术对直管式出水流道结构变化段的瞬时流场进行了测量;在直管式出水流道内部设置了三种起始位置相同、长度不同的中隔墩进行泵装置数值计算,获得了最优工况下三种方案的计算结果;并对无环量的泵装置出水流道(无隔墩)进行了数值计算;基于PPE基本理论尝试构建了一种泵装置出水流道的综合评价模型,从水力性能、结构、施工等角度综合考虑,尝试编制了基于熵投影寻踪的低扬程泵装置出水流道综合性能评价软件。不同工况时,直管式出水流道特征断面PIV测试所得流场图和CFD数值计算所得流场图的整体趋势相同;加设中隔墩后改善了出水流道的受力条件,最优工况下,不同长度的中隔墩对直管式出水流道的流量分配无明显影响;无隔墩的直管式出流道测试段脉动幅值均方根的平均值均高于有隔墩时,相同转速时,有、无隔墩的直管式出水流道各监测点的压力脉动幅值均方根均随流量比的增大而减小;相同流量比时,随转速的增加各监测点的压力脉动幅值均方根也增加,且流量比越小,压力脉动幅值均方根随转速增大的增量越大;无环量条件下,两种型式出水流道纵断面速度分布呈现相同的规律,均在水平投影长度1/2处水流明显分为上下两层,流道底部形成了两个由中心向外旋转的对称旋涡,顶部水流向内回流形成两个向流道中心旋转的二次旋涡,但虹吸式出水流道下降段出口出现了明显的旋涡区,存在较大范围的脱流。