随着社会工业化的发展,在煤炭、水利疏浚、环保等工农业活动中经常需要输送固液相混合物,这就对泵的无堵塞性有较高的要求,因此具有出色无堵塞性能的旋流泵作为多相运输机械之一在这些行业得到广泛的应用。目前,对旋流泵的研究大多建立在假设与数值模拟上,对介质参数与叶片型式对旋流泵的影响大多基于外特性能研究层面。相比较其他的泵型,旋流泵的主要缺点在于低效。根据本团队的需求,选取了150WX-200-20型旋流泵作为研究对象,以试验间接验证数值模拟的准确性为辅,以数值模拟为主对旋流泵进行研究,对其进行了水力设计与三维模型建立,分为叶轮域与蜗壳域两部分进行非结构化网格划分。对6种固相体积分数、4种叶型在不同工况下旋流泵内的固液两相流场进行数值模拟,固液两相流下选用Eulerian双流体模型,以RNG k-ε模型为湍流模型,采用流体动力学理论,对泵进行定常计算,计算得到固、液相的矢量、速度流线、涡量等结果。对同叶型的模型泵分别进行单相介质下全工况的数值模拟与试验,计算所得的外特性结果间误差小于6%,间接验证了数值模拟的可靠性。首先,分析设计工况下单相与固液两相流时的模拟结果,比较两相流下泵内固、液相的流动规律,结论如下,旋流泵叶轮域内液相叶片间流道内均存在轴向旋涡,两相下叶片间的轴向旋涡的几何特征较单相更为规则,两相下固相流出轮缘的流速远大于两相或单相下的液相流速,固相不参与旋涡运动,其主要流动为由液相裹挟流动,在水力撞击或叶轮接触作用后介质的矢量变化远大于液相,与固相相互作用的液相对固相同样具有跟随性,其在各叶轮内的形成的涡结构形状尺度规律,固相的介入会减弱单相流时旋涡的强度及抑制次循环涡尺度的增大,旋流泵内的流动按区域可划分为5种流动形式;其次,研究固相参数对泵内流结构的影响,分析循环流的演化过程,对循环流的几何特征采用位置、形状系数表达,结论如下,介质在旋流泵叶轮域内的主要流动形式为叶轮旋转引起的水力撞击,伴随介质快速流动引起的与循环流交换的介质产生的轴向旋涡。当且仅当涡核位置接近但不进入叶轮域时,泵达到高效点,在此基础上,各个轴截面上的形状系数的标准差最小,在此基础上建立了一个旋流泵的流动模型,直观表达了固相参数与内流结构间的联系;最后,在以上研究的基础上,加入叶型这一因素,从叶轮域流动结构出发,得出叶型对循环流影响较固相参数更大,介质流出叶轮域的流动状态直接影响了循环流的流动,这与介质在叶片间流道内的流动规律相关,折叶型叶片性能最优,弯叶片性能最差。基于本文的研究,对固液两相流下旋流泵内循环流与外特性间的联系,可为后续流场内其他流动结构分析、性能预测等工作打下基础,对研究泵内的能量转换、优化泵的结构有重要的意义。