旋涡泵又称侧流道泵、再生泵、摩擦泵等, 与尺寸、转速相同的离心泵相比, 旋涡泵结构紧凑, 具有陡降的特征曲线, 在小流量工况下能达到较高扬程, 近年来被越来越多地应用于航空航天和医疗等高端领域。但旋涡泵的缺点是效率较低, 因此对旋涡泵内部流动机理深入研究, 找到提高水力性能的途径是目前研究的重点方向之一^[1~3]。当比转速小于40时, 单级旋涡泵的扬程与相同流量的多级离心泵相当, 但效率一般只有10%~40%, 其中Crewdson在1956年报道, 将旋涡泵吸力面倒圆, 并将压力面出口角变为135°时, 能使旋涡泵效率达到50%^[4]。

与离心泵中的流体只通过一次叶轮通道不同, 旋涡泵中的流体进入泵体后要反复流经叶轮根部-叶轮尖部-外流道-下一级叶轮根部, 每次循环都会经历一次压缩过程。1955年Wilson等基于对泵内任意流动控制体的几条假设提出了一种旋涡泵内流动的简化理论模型[5], 并以此预测了旋涡泵内的三维流动和外特性。Iversen从叶轮对流体施加剪切力的角度分析了旋涡泵的特性, 从流动截面的受力平衡推导出了特性预测方程[6]。J WSong等基于5个合理假设提出了一种修正的一维旋涡泵动力学理论, 且该理论预测值与试验和CFD结果符合较好[7]。Meakhail以数值计算的结果为假设前提, 认为前人关于流体在叶轮内通道的流动假设不合理, 根据循环速度和周向速度推导出了新的旋涡泵性能预测公式[8]。通过与旋涡泵试验数据对比, J Nejadrajabali等采用了数值模拟方法来预测不同几何参数对弯叶片旋涡泵的外特性影响[9]。Quail,J Francis等基于旋涡泵内部流动的六大假设推导了一维性能预测公式, 通过与CFD计算和试验结果对比有较理想的结果[10]。在国内, 施卫东等通过数值模拟方法验证了流道截面形状对旋涡泵内部流动的影响[11]。董颖等通过对旋涡泵内部流场的数值模拟结果的分析, 认为径向旋涡确实存在[12]。沙毅通过数值计算证实旋流泵叶轮流道内存在轴向旋涡, 旋涡的非定常流动导致了能量耗散, 这是泵效率偏低的主要原因[13]。

2.（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1研究内容

本论文主要研究内容包括：利用流体动力学CFD方法，为旋涡泵模型划分网格，在Fluent软件中设定相应流体参数，选择相应的湍流模型，利用Fluent的分析能力绘制压力场，速度场等参数的图表，根据所得数据研究旋涡泵的内部流动的状态，分析研究进口压力，出口压力等参数对旋涡泵性能的影响。采用CFD技术对旋流泵内部流动进行测试和分析, 揭示其内部流动的规律, 为理论研究提供可靠的实验依据.以实验数据为依据, 针对旋涡泵特殊工作原理以及多种结构型式, 对影响旋涡泵性能的过流部件进行优化设计, 提高旋涡泵的效率, 完善旋涡泵的理论设计方法

2.2研究目标

通过对旋涡泵内部流动的仿真分析深入了解计算流体动力学，学会相关CFD软件的使用，深化对旋涡泵的了解，研究旋涡泵内部流体的流动状态，分析研究进出口压力等参数对泵的性能的影响，为旋涡泵的设计管理提供理论指导。

2.3技术方案及措施

（1）建立旋涡泵的三维模型；

（2）为旋涡泵模型划分网格并检查网格无关性；

（3）在Fluent软件中定义或寻找所需要研究的流体，选择相应的湍流模型；

（4）在不同的界面设置研究流体的物理参数，例如压力，温度，速度或者是接触的外界温度与压强；采用CFD数值计算的方法对旋涡泵进行全流道模拟，将模拟结果与已知实验结果进行对比，验证数值模拟的准确性。并且分析不同切割方案对旋涡性能及内部流场的影响。

（5）改变相应参数并绘制图表，研究进出口压力等参数并分析对泵的性能的影响。

3、进度安排

（1）查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需技术方案及措施。确定方案，完成英文翻译和开题报告； （第1周—第3周）

（2）查找并阅读文献，总结归纳国内外旋涡泵的发展现状及应用，针对旋涡泵，详细分析其结构及工作原理； （第4周—第5周）

（3）学习旋涡泵的基本原理，进行旋涡泵内部流动原理分析；（第6周—第7周）

（4）进行影响旋涡泵内部流动的因素和改进措施研究 ；（第8周—第10周）

（5）进行改善旋涡泵内部流动应用研究； （第11周—第13周）

（6）撰写毕业论文。 （第14周—第15周）（7）毕业答辩 （第16周）