采用CFD計(jì)算工具FLUENT，基于N-S方程，采用標(biāo)準(zhǔn)K-ε紊流模型，以及SMPLEC算法，取間隙大小δ相對(duì)于轉(zhuǎn)輪直徑大小的0.5%、1%、1.5%、2%，對(duì)以上4種不同間隙在不同流量下軸流泵端壁間隙流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，同時(shí)也對(duì)軸流泵內(nèi)部帶間隙的流場進(jìn)行了數(shù)值分析。結(jié)果顯示：間隙的大小，影響著葉片的空化性能和水泵效率及揚(yáng)程，對(duì)泵的性能有著巨大的影響。給今后軸流泵的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供了可靠的理論依據(jù)。

　　軸流泵在水利建設(shè)過程中有著廣泛的應(yīng)用，其擁有大流量、低揚(yáng)程、制造簡易以及成本較低等優(yōu)點(diǎn)。在軸流泵的轉(zhuǎn)輪室內(nèi)，端壁間隙流雖然相對(duì)于轉(zhuǎn)輪區(qū)域極小，但由于在這狹小的區(qū)域內(nèi)流態(tài)很不穩(wěn)定，幾何尺寸相對(duì)轉(zhuǎn)輪直徑較小的間隙空間卻對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)輪室產(chǎn)生巨大的影響，導(dǎo)致水泵的效率和揚(yáng)程產(chǎn)生一定變化。因此，十分有必要研究水泵內(nèi)間隙大小對(duì)水泵性能的影響。在現(xiàn)階段，國內(nèi)外普遍用數(shù)值模擬的方法來研究這些復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象，國內(nèi)的李龍、戴辰辰、楊昌明、陳次昌等人對(duì)泵內(nèi)流場進(jìn)行模擬時(shí)都用的是數(shù)值模擬，而國外有SvetlanaPoroseva等學(xué)者對(duì)泵模擬時(shí)也采用的是數(shù)值模擬。但是，目前而言，在對(duì)泵內(nèi)進(jìn)行流場數(shù)值模擬的文獻(xiàn)當(dāng)中，很多都忽視了葉端間隙的存在，本文在文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，用Pro/E建模軟件對(duì)軸流泵建模，改用FLUENT計(jì)算軟件計(jì)算，指出了泵間隙對(duì)整個(gè)流場的影響并對(duì)泵內(nèi)回流和流場紊亂作出了詳細(xì)的介紹，給今后軸流泵的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供了可靠的理論依據(jù)。

1、模擬計(jì)算

　　1.1、建立模型

　　數(shù)值模擬研究所采用的軸流泵泵段區(qū)域，包括葉輪及葉輪導(dǎo)入部分、出口部分。葉輪直徑300mm，輪轂直徑140mm，葉片共4片，泵段長為550mm，轉(zhuǎn)速為1350r/min，最佳工況時(shí)的流量為308.6L/s，揚(yáng)程為4.6m。

　　1.2、劃分計(jì)算網(wǎng)格

　　先對(duì)整個(gè)泵進(jìn)行實(shí)體造型，然后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在網(wǎng)格劃分中，考慮到間隙較小，因此在間隙處細(xì)化網(wǎng)格，總體網(wǎng)格劃分如圖1所示，網(wǎng)格總節(jié)點(diǎn)大約為280000，不同間隙由于劃分的網(wǎng)格數(shù)不同，因此節(jié)點(diǎn)數(shù)不同。在計(jì)算體內(nèi)采用非結(jié)構(gòu)化、多面體混合網(wǎng)格劃分。

圖1 軸流泵網(wǎng)格劃分

　　1.3、進(jìn)出口邊界條件設(shè)定

　　進(jìn)口條件設(shè)為質(zhì)量進(jìn)口，給定流量大小，以無旋法向進(jìn)口來確定速度方向，壓力均勻分布，定義湍流強(qiáng)度和水力直徑。湍流強(qiáng)度可以由經(jīng)驗(yàn)式(1)來估算：

　　泵出口條件由質(zhì)量守恒方程確定。

　　1.4、模擬計(jì)算

　　對(duì)軸流泵內(nèi)部進(jìn)行數(shù)值分析時(shí)采用時(shí)均N-S方程做為控制方程，標(biāo)準(zhǔn)K-δ紊流模型，通過收斂速度較好的SMPLEC算法實(shí)現(xiàn)速度和壓力分離求解，壓力項(xiàng)采用PRESTO!，其他項(xiàng)采用二階迎風(fēng)差分格式。

結(jié)論

　　1)隨著葉片頂端間隙增大，軸流泵的揚(yáng)程和效率都將減少，這是由于間隙變大導(dǎo)致間隙流對(duì)主流的影響增大，迫使流場紊亂，使泵的揚(yáng)程效率降低。

　　2)隨著葉片頂端間隙增大，葉片高壓面和低壓面的壓力差減小，葉片進(jìn)口處的負(fù)壓增高降低了發(fā)生氣蝕的可能。

　　3)間隙和流量都會(huì)對(duì)葉片頂端回流產(chǎn)生一定的影響，間隙和流量越大，葉片頂端間隙就越不容易發(fā)生回流。

　　4)間隙的大小直接影響到泵的性能，大間隙影響泵的效率而小間隙會(huì)提高葉片發(fā)生氣蝕的幾率。因此合理的間隙尺寸才能使泵的性能更加完善。