离心泵在工农业生产中应用广泛,发挥着重要的作用。近年来,随着国家对资源节约和环境保护的要求不断提高,对泵类产品节能减排提出了更高的要求。径向导叶作为节段式多级离心泵中重要的过流部件,对整机水力性能有着重要的影响。本文以降低径向导叶水力损失和提高整机效率为目标,采用理论分析、数值计算和试验验证相结合的方法,对径向导叶的正导叶进行水力优化研究。为提高多级离心泵在多工况条件下的水力性能计算精度,分别将计算域划分为四面体、混合型和六面体网格,采用RNGκ-ε湍流模型和标准壁面函数进行数值计算,并与试验结果进行比较,从计算曲线与试验曲线的吻合度上综合评判不同网格划分方案对计算精度的影响。结果表明:混合型和六面体网格不论是在多工况条件下,还是在设计工况点,综合计算精度高于四面体网格,而六面体网格的综合计算精度又明显优于混合型网格。综合来看,网格划分方案采用全流场六面体网格,湍流模型选择RNGκ-ε湍流模型和标准壁面函数组合,更适合用于多级离心泵水力性能计算。为降低径向导叶内水力损失,本文通过理论分析与数值计算的方法探究了径向导叶内水力损失的影响因素。首先借助于理论分析和公式推导,明确了影响径向导叶水力损失的直接因素是扩散段内的压力梯度大小,间接因素是扩散段面积梯度的大小及沿流动方向的变化规律;其次采用数值计算方法,对几种面积梯度分布规律不同的矩形截面扩散管的水力性能进行了分析,结果表明:当扩散管内压力梯度沿流动方向呈现逐渐减小的变化趋势时,水力损失也相应减小,而通过调整面积梯度沿流动方向的变化趋势可以实现对压力梯度变化趋势的控制。上述理论分析和研究表明,基于面积梯度控制对径向导叶扩散段的水力性能进行优化的方案是可行的。虽然径向导叶的几何参数众多并且相互独立,但如果以面积梯度为变量的话,那么这些几何参数与面积梯度之间则会建立一定的联系,不论正导叶的哪一个几何参数发生变化,面积梯度都会相应的发生变化,而多个几何参数的同时调整也可能使面积梯度不发生变化,因此以面积梯度为控制变量,可以实现导叶几何参数的灵活调整,只要面积梯度变化规律满足特定要求即可,而不用再关心参数变化对水力性能的具体影响。为了研究导叶扩散段面积梯度的变化对压力梯度及水力损失的影响,分别对导叶的几何参数进行三种方案的调整:(1)改变正导叶的叶片数同时修改扩散段的进出口面积;(2)改变导叶的基圆直径;(3)改变扩散段的截面面积沿流动方向的变化规律。通过数值计算和分析,结果表明:压力梯度减小时扩散段内的流场结构能够明显改善,水力损失也相应降低;面积梯度减小时扩散段内的压力梯度也相应减小;当减小面积梯度并且面积梯度沿流动方向的增速平缓且接近线性变化时,扩散段内的水力损失可以降低到最小范围内。最后,对径向导叶的最优水力设计方案进行了试验验证,结果表明:优化后多级离心泵在设计工况点及小流量工况点的效率提升明显,与原模型相比,设计工况点的效率提高了4个多百分点。实践证明,基于面积梯度控制对正导叶的水力性能进行优化的方法是可行并且可靠的,能为导叶式水力机械的性能优化提供理论参考和方法指导。