基于正反問題迭代設計方法，通過給定不同的速度矩分布規(guī)律、葉片進出口邊位置等關鍵參數(shù)，設計了一系列混流泵葉輪。在此基礎上，基于SIMPLEC 算法，通過求解Naiver-Stokes 方程和RNG k - ε 湍流模型方程，模擬了葉輪內(nèi)的三維湍流流場，獲得了采用不同關鍵參數(shù)時葉輪內(nèi)的速度與壓力分布。真空技術網(wǎng)(http://www.lalazzu.cn/)針對數(shù)值模擬結(jié)果，分析了關鍵參數(shù)對于葉輪設計的影響。結(jié)果表明：基于類拋物型速度矩分布規(guī)律設計的葉片對于流體運動方向的控制能力最強，具有最優(yōu)的水力性能；葉片進、出口邊軸面距離適當增大有利于改善內(nèi)部流動，水力效率可獲得提升，但當距離過大時，會因表面摩擦損失增加導致效率下降。

　　混流泵是一種廣泛應用于污水處理、水利水電工程、電站循環(huán)水系統(tǒng)等方面的泵型。其介于離心泵與軸流泵之間，有效地吸收了兩者的優(yōu)點，并彌補了兩者的缺點。然而，目前混流泵設計過程中一些關鍵參數(shù)( 如：速度矩分布規(guī)律、葉片進出口邊位置等) 的給定較多依賴于設計者的經(jīng)驗。本文基于正反問題迭代設計方法，通過給定不同參數(shù)設計了一系列混流泵葉輪，并通過模擬不同參數(shù)下葉輪內(nèi)的三維流流場，分析關鍵參數(shù)對葉輪設計的影響，為設計工作提供了有益的借鑒。

　　1、混流泵葉輪設計

　　傳統(tǒng)設計方法在計算軸面速度時，在一定假設下，采用軸面流線迭代法，求解軸面速度沿任意準正交線的梯度方程。然而，這種計算方法滿足過流通道內(nèi)流體的連續(xù)方程。為使軸面流場同時滿足葉輪內(nèi)流體運動的連續(xù)方程與運動方程，本文通過S1與S2流面迭代計算求解軸面流場，控制方程為：

　　式中：τ為葉片的排擠系數(shù)；W 為流體運動的相對速度矢量；C 為流體運動的絕對速度矢量，F(xiàn) 為單位質(zhì)量流體的質(zhì)量力；Er為單位質(zhì)量流體相對運動的機械能。

　　兩類相對流面迭代計算收斂后，得到軸面速度分布，采用逐點積分法完成葉片骨線繪型，在保角變換平面內(nèi)對葉片骨面進行加厚，并對葉片頭部及尾部進行修圓，完成新一輪葉輪的反問題設計。正反問題迭代設計方法具體步驟如下：①基于傳統(tǒng)的二元理論設計初始葉輪。②進行正問題計算，得到同時滿足流體連續(xù)方程與運動方程的軸面流場。③基于正問題計算所得的軸面速度分布完成反問題設計，得到新的葉輪。重復步驟②、③，直到前后兩輪反問題設計所得葉片的軸面截線最大位置偏差滿足要求。本文選取混流泵葉輪的設計參數(shù)為：流量0. 54m3 /s，揚程25m，轉(zhuǎn)速1450r /min。

　　結(jié)論

　　1) 基于類拋物型速度矩分布規(guī)律設計的葉片對于流體運動的控制能力強，有效地避免流動分離現(xiàn)象的產(chǎn)生，改善了葉輪內(nèi)部流動，并提升了葉輪的水力性能。相比S 型和類直線型速度矩分布規(guī)律，類拋物型分布規(guī)律具有明顯的優(yōu)勢，應當是速度矩的一種最優(yōu)分布形式。

　　2) 葉片出口邊位置的選擇對于葉輪水力性能有重要的影響。在一定范圍內(nèi)，隨著葉片出口邊與進口邊軸面距離增大，葉輪水力效率會得到提升，但增幅會逐漸減小。當進出口邊距離增大到一定程度時，葉片包角過大，導致表面摩擦損失急劇增加，水力效率反而會下降。

　　3) 葉片進口邊位置在一定范圍內(nèi)適當前移，有利于改善葉輪內(nèi)部壓力分布，可以提升葉輪水力效率。但進口邊前移距離過大時，進出口邊在輪轂所截軸面流線過長，葉片軸面投影面積過大，反而會導致葉輪水力效率下降。