旋流泵是一种在现代生活和工农业生产中应用较为广泛的固液两相流泵,具有结构简单、容易制造、运行平稳等优点。当旋流泵输送含有大量固体颗粒的流体介质时,由于无叶腔结构所引起的循环流使得旋流泵的无堵塞性能良好,叶轮磨损程度也相应减轻。因此旋流泵被广泛应用于工业浆料输送、城市排污、农业生产等领域。但目前所研发生产的旋流泵具有水力效率偏低、能耗较大的缺点。旋流泵叶轮对流体介质传递能量时,机械能并没有完全转化为旋流泵的压能,而是在贯通流和循环流的转化过程中损失掉了,由此判断循环流是导致旋流泵整机效率下降的主要原因。针对以上旋流泵的特点,从以下方面展开研究。本文针对旋流泵整机效率偏低的问题,以前弯和后弯两种不同结构型式的折叶片为出发点,对折叶片水力性能进行优化。选择叶片重要结构参数,根据所选不同结构参数进行正交试验设计。完成正交设计组合后运用Pro/E进行三维建模,且用CFD软件对旋流泵性能进行分析预测。通过数值计算结果找到旋流泵叶片结构的最优组合以及影响旋流泵性能的主要结构参数,从而建立一种基于正交试验的旋流泵水力性能多目标优化方法。同时为提高CFD数值计算结果的可靠性,依托兰州理工大学水泵实验室搭建卧式150WX-200-20型旋流泵测试实验台进行试验测试。经试验测试结果与数值计算结果对比得到其误差在6%以内,由此说明本文数值计算结果是可靠的。首先初次采用正交试验对前弯叶片进行优化设计时发现,对旋流泵最高效率点流量影响的主次为叶片是否楔形、叶片角度型式、叶片折点位置。对扬程影响的主次为叶片是否楔形、叶片折点位置、叶片角度型式。对效率影响的主次为叶片是否楔形、叶片折点位置、叶片角度型式。综合分析得到最优叶片结构组合为叶片角度型式为R30F60、折点位置在叶片2/3处、采用径向楔形叶片。其次根据折叶片结构选取多个目标及因素,二次运用正交试验对旋流泵折叶片进行多目标水力性能优化。根据折叶片结构特点,选择4个不同因素,每个因素分别取3个不同水平,依据正交试验法对折叶片结构可以进行9种不同的组合,从而依次对R-F型(前弯)和F-R型(后弯)两种不同型式的折叶片进行优化。通过每组方案的外特性曲线、内部流动状态和正交试验的极差分析得到最优组合方案的角度为R30F30、折点位置在整个叶片2/3处、倒角半径为3mm、采用轴向楔型,且前弯叶片整体性能优于后弯叶片。最优组合方案在额定流量Q下效率高于设计值20.24%,扬程高于设计值31.70%,轴功率低于设计值3.26%,性能参数均达到设计要求。最后以两种不同型式折叶片结构为突破点,结合叶片进出口速度三角形原理对旋流泵不同折叶片的做功和能量损失过程进行对比分析研究,从而找到两种不同叶轮型式下能量损失与转换机理。经研究发现,对于旋流泵水力效率而言,在额定流量点之前,后弯叶片的效率高于前弯叶片效率;在额定流量点之后,前弯叶片效率高于后弯叶片效率。