1、深井離心泵是抽取地下水的主要設備，在農田灌溉、地熱利用、石油開采等領域有著廣泛的應用。隨著全球局部干旱逐漸加劇，地下水水位逐年下降，地熱利用等新能源推廣力度日益加大，廣大用戶對深井離心泵的需求越來越大，對泵性能的要求也與日俱增。本人在國家水泵及系統(tǒng)工程技術研究中心和美國圣路易斯華盛頓大學的聯(lián)合培養(yǎng)下，結合國家“863計劃”項目“變量噴灑低能耗輕小型灌溉機組”和國家自然科學基金項目“新型多級泵葉輪-導葉耦合流場結構與能量轉換機理研究”，基

2、于理論分析、試驗測量和數(shù)值模擬等方法對新型深井離心泵進行了系統(tǒng)、深入的研究。本文的主要研究內容和取得的創(chuàng)造性成果有:
　　1.對深井離心泵的定常數(shù)值模擬方法進行了分析，分別比較了多級泵級數(shù)、湍流模型、網(wǎng)格數(shù)量等數(shù)值模擬中的關鍵設置參數(shù)對泵揚程、效率、軸向力等預測結果的影響，確立了較為適宜于多級深井離心泵的數(shù)值模擬方法。提出以兩級泵模型來預測整泵外特性的方法，既兼顧了較少的計算網(wǎng)格和計算時長，也保證了預測結果具有較高的精度。

3、　　2.對文中所使用的泵性能試驗臺進行了不確定度分析，通過十次試驗測量確定了泵揚程、流量、功率等關鍵參數(shù)的隨機不確定度，結合測量儀器固有的系統(tǒng)不確定度，進一步計算出了泵效率等性能指標的擴展不確定度，結果證實該試驗臺泵效率的測量不確定度為0.73％，達到國家1級精度和國際A級精度（草案）的要求。
　　3.提出了新型深井離心泵中斜切式葉輪的設計方法，并對其中有待完善的關鍵設計參數(shù)進行了研究。結合數(shù)值模擬和試驗測量，分析了葉輪進口邊向前

4、延伸和平移葉輪前蓋板對泵性能的影響規(guī)律。適當向前延伸葉輪進口邊位置可以改善葉輪出口流場分布，將葉輪前蓋板向進口側前移可以增加葉片出口寬度，相應地泵的單級揚程和軸功率都逐漸增加，泵的最高效率點向大流量區(qū)域偏移，同時泵最高效率點對應的效率值也呈現(xiàn)出相對減小的趨勢。
　　4.分析了斜切式葉輪后蓋板直徑對泵性能和軸向力的影響，采用黃金分割法對葉輪后蓋板直徑進行單因素優(yōu)化，確定了五個不同方案的后蓋板直徑，分別進行了數(shù)值模擬和試驗測量。結果證

5、實斜切后蓋板可以有效地減少軸向力，但是過小的后蓋板直徑也會導致泵性能的急劇下降，并且隨著后蓋板直徑的減小，泵的最高效率點逐漸向小流量區(qū)域移動。
　　5.結合數(shù)值模擬和理論推導分析了斜切式葉輪出口的流場分布規(guī)律，結果表明圓周分速度在葉輪出口沿軸向呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。針對這一流動特點，設計了進口邊扭曲的三維曲面反導葉，并詳細闡述了其設計過程。將三維曲面反導葉與圓柱形反導葉的水力性能進行了對比，證實三維曲面的變進口安放角設計較為吻合液流

6、流動規(guī)律，水力損失較小。同時，首次定義了導葉效率的概念來量化導葉的壓力轉換功能，并且分析了級間導葉效率的差異及其產生原因。
　　6.設計了一個獨特的PIV試驗臺并首次實現(xiàn)了深井離心泵單級泵段內部流場的PIV測量，對比了1425r/min和2850r/min兩個轉速下導葉內部流場的差異。兩個轉速下的泵外特性試驗結果與轉速的相似換算準則相吻合，且導葉流道內的流動形態(tài)在兩個轉速下相近。在額定工況附近，導葉內部流動較為穩(wěn)定;在小流量工況下

7、，導葉流道內產生了流動分離和旋渦，且旋渦的強度隨著流量的減小而逐漸加強。
　　7.分別采用SST k-ω國模型、低雷諾數(shù)SST k-ω模型和DES模型，結合滑移網(wǎng)格技術，對PIV試驗中的模型泵進行非定常數(shù)值模擬?；谌饔蚪Y構化網(wǎng)格，結合網(wǎng)格無關性分析，比較了網(wǎng)格數(shù)量對微觀流場參數(shù)的影響，并詳細地計算了由網(wǎng)格間距和網(wǎng)格數(shù)量引起的數(shù)值模擬離散不確定度。在額定流量和大流量工況，三個湍流模型預測的速度場與PIV試驗結果吻合較好，流線形態(tài)