塑料离心泵以其突出的耐腐蚀性、质量轻和价格低等优势广泛应用在化工、石油等具有腐蚀性物料的运输中,随着塑料离心泵的使用率不断增加,对泵的性能要求也越来越高。叶片厚度是影响塑料离心泵性能的重要结构参数,叶片厚度过大会使流道变窄,流体在流道中的相对速度增加进而水力损失增大;而叶片厚度减少使流道变宽,滑移系数降低从而提高泵的效率。因塑料离心泵的材料特性,厚度不断减小可能会因强度不足出现叶轮变形过大,导致泵无法正常工作的情况。现有研究中厚度取值无规律可循,给设计人员带来不便。为了探究塑料离心泵叶片厚度对泵性能的影响,在课题组研究基础上,设计叶片进口角为19°、出口角为33°、包角为122°,本文基于流固耦合分别研究等厚度变化叶片、轴向厚度变化叶片、径向厚度变化叶片对塑料离心泵性能影响,具体研究内容如下:(1)水力设计。根据已知设计参数,运用速度系数法设计塑料离心泵结构参数和绘制过流部件模型。(2)等厚度叶片塑料离心泵性能研究。绘制流体域的三维模型和划分网格,利用CFX进行内部流场模拟,发现随着叶片厚度地增加,塑料离心泵的效率随之降低,且叶轮的抗汽蚀性能也逐渐下降,经研究不同工况下泵的性能,发现最高效率点向小流量工况下偏移。(3)利用有限元分析法寻找最小叶片厚度。将流体内部压力加载到叶轮实体上,不断减小叶片厚度,利用流固耦合分别查看不同厚度叶片的变形量,最后综合考虑确定4mm厚度的叶片为等厚度设计的最小叶片厚度。(4)研究叶片径向厚度变化对泵性能影响。基于等厚度分析结果,设计叶片进口厚度为4mm,采用均匀增加的方法设计出口厚度,发现内部流体流动相较于等厚度而言稳定性更好,同时内部流动的轴向旋涡现象也会得到缓解;另外随着叶片出口厚度的增加,叶轮的效率逐渐增加,变厚度叶片相比于等厚度叶片效率略有上升。(5)研究叶片轴向厚度变化对泵性能影响。基于等厚度分析结果,在保证叶根厚度的前提下,叶顶厚度分别偏移2°和4°,通过计算发现效率同原始叶片比较分别提升1.16%和1.82%,因此在相同条件下,在保证叶片强度要求的基础上可适当减薄叶片顶部厚度,有利于提高塑料离心泵的效率。(6)叶片进口到出口理想厚度变化规律研究。基于等厚度和变厚度叶片研究,设计叶片厚度变化规律,最终得到叶片厚度t和叶片型线占比k的变厚度理想变化规律,在叶片前缘用椭圆弧拟合代替圆弧拟合,经软件分析发现,利用该方程得到的叶片厚度比均匀设计的叶片在效率上提高1.2%,并且内部流动中的轴向旋涡现象基本消除。(7)流固耦合分析。对变厚度的叶片进行流固耦合分析,查看应力应变图,确保叶轮不会因变形过大而发生破坏,以满足泵的工作需求;同时进行泵性能实验,进一步保证软件分析的准确性。本文主要结论及创新点在于:(1)根据给定参数对塑料离心泵进行水力设计,研究不同叶片厚度对泵的性能影响,针对不同厚度的叶片进行流场模拟,提出叶轮叶片厚度对离心泵性能影响规律,最后利用单向流固耦合分析找到受力的边界条件,从而确定最小叶片厚度。(2)参照飞机机翼NACA 64-215 AIRFOIL翼型,得到一种叶片变厚度的曲线方程,以此方程设计的叶片效率提升1.2%。