如何提高泵的效率和稳定性一直是离心泵研究中的重点和难点。低比转速离心泵由于流道狭长而加剧了圆盘摩擦损失和流道中液体扩散,导致性能较低;相比中、高比转速离心泵,更易发生流动分离并引发振动噪声等影响离心泵稳定运行的现象。因此,掌握低比转速离心泵的非稳态特性,提高其运行稳定性显得尤为重要。近年来,气动领域中的一些学者发现通过缝隙引流可以提高叶轮的性能,但目前仍未掌握其影响机理,尤其是在泵领域的应用还非常少。本文以ZA20-250型低比转速离心泵为研究对象,利用缝隙引流技术对传统叶轮进行开缝处理,采用正交设计、数值计算与试验相结合的方法研究了缝隙引流叶轮对低比转速离心泵性能的影响,以及在稳态和非稳态特性方面的差异。本文的主要研究内容及取得的成果如下:(1)简要回顾了缝隙引流叶轮在气动领域和泵领域的研究现状,对CFD技术在低比转速离心泵中的应用进行了概述。(2)对ZA20-250型低比转速离心泵进行了数值计算分析、泵性能试验及压力脉动试验。将数值计算预测结果和试验结果进行了对比,结果表明两者具有较高的吻合度,验证了数值计算方法的准确性,为后续的分析研究奠定了基础。(3)本文中利用正交试验的方法进行缝隙引流叶轮的设计,选取开缝直径、缝隙宽度和长短叶片搭接长度作为正交因素,每个因素选取四个水平,分析了各因素对缝隙引流叶轮性能影响的主次程度。根据正交试验结果发现,不同流量时影响缝隙引流叶轮性能的主次因素是不同的。0.6Q_d时影响扬程和效率的主次顺序为:开缝直径﹥缝隙宽度﹥长短叶片搭接长度;1.0Q_d和1.4Q_d时影响扬程的主次顺序为:缝隙宽度﹥开缝直径﹥长短叶片搭接长度;1.0Q_d时影响效率的主次顺序为:缝隙宽度﹥开缝直径﹥长短叶片搭接长度;1.4Q_d时影响效率的主次顺序为:开缝直径﹥缝隙宽度﹥长短叶片搭接长度。因此,确定开缝直径和缝隙宽度是影响缝隙引流叶轮性能的主要参数。(4)为进一步研究开缝直径和缝隙宽度对缝隙引流叶轮的影响机理,设计了四个缝隙引流叶轮模型,分别在直径90mm、180mm位置开缝,在同一开缝位置又分别设置缝隙宽度1.5mm和6.0mm,通过定常计算结果对比分析了原模型和四个新模型的流场分布差异。结果表明:合理的缝隙宽度可以抑制叶片压力面的流动分离,改善叶轮内液体流动,减小流道中液体堵塞。在采用相同缝隙宽度时,开缝直径对叶轮性能的影响较大,在叶片前端开缝的性能优于叶片尾缘开缝;在采用相同开缝直径时,较小的缝隙宽度可以获得更好的泵性能,缝隙宽度过大会造成泵性能的急剧下降。(5)对五个模型进行了非定常计算,对比分析了缝隙引流叶轮和传统叶轮在非稳态压力脉动和径向力方面的差异。结果表明:合理的开缝可以降低低比转速离心泵内部的压力脉动和径向力,提高泵的运行稳定性。在叶片前端开缝降低了小流量工况时离心泵内压力脉动,对大流量工况时离心泵内压力脉动影响较弱,同时径向力减小;在叶片尾缘开缝时减弱了离心泵内压力脉动传播,蜗壳流道下游出现压力脉动的急剧衰减,但径向力增大,同时交变作用频率增大,破坏了运行稳定性。