采用CFD計算工具FLUENT，基于N-S方程，采用標準K-ε紊流模型，以及SMPLEC算法，取間隙大小δ相對于轉輪直徑大小的0.5%、1%、1.5%、2%，對以上4種不同間隙在不同流量下軸流泵端壁間隙流動進行了數(shù)值模擬，同時也對軸流泵內部帶間隙的流場進行了數(shù)值分析。結果顯示：間隙的大小，影響著葉片的空化性能和水泵效率及揚程，對泵的性能有著巨大的影響。給今后軸流泵的設計改進提供了可靠的理論依據(jù)。

　　軸流泵在水利建設過程中有著廣泛的應用，其擁有大流量、低揚程、制造簡易以及成本較低等優(yōu)點。在軸流泵的轉輪室內，端壁間隙流雖然相對于轉輪區(qū)域極小，但由于在這狹小的區(qū)域內流態(tài)很不穩(wěn)定，幾何尺寸相對轉輪直徑較小的間隙空間卻對整個轉輪室產生巨大的影響，導致水泵的效率和揚程產生一定變化。因此，十分有必要研究水泵內間隙大小對水泵性能的影響。在現(xiàn)階段，國內外普遍用數(shù)值模擬的方法來研究這些復雜的流動現(xiàn)象，國內的李龍、戴辰辰、楊昌明、陳次昌等人對泵內流場進行模擬時都用的是數(shù)值模擬，而國外有SvetlanaPoroseva等學者對泵模擬時也采用的是數(shù)值模擬。但是，目前而言，在對泵內進行流場數(shù)值模擬的文獻當中，很多都忽視了葉端間隙的存在，本文在文獻的基礎上，用Pro/E建模軟件對軸流泵建模，改用FLUENT計算軟件計算，指出了泵間隙對整個流場的影響并對泵內回流和流場紊亂作出了詳細的介紹，給今后軸流泵的設計改進提供了可靠的理論依據(jù)。

1、模擬計算

　　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，轉速為1350r/min，最佳工況時的流量為308.6L/s，揚程為4.6m。

　　1.2、劃分計算網(wǎng)格

　　先對整個泵進行實體造型，然后進行網(wǎng)格劃分，在網(wǎng)格劃分中，考慮到間隙較小，因此在間隙處細化網(wǎng)格，總體網(wǎng)格劃分如圖1所示，網(wǎng)格總節(jié)點大約為280000，不同間隙由于劃分的網(wǎng)格數(shù)不同，因此節(jié)點數(shù)不同。在計算體內采用非結構化、多面體混合網(wǎng)格劃分。

圖1 軸流泵網(wǎng)格劃分

　　1.3、進出口邊界條件設定

　　進口條件設為質量進口，給定流量大小，以無旋法向進口來確定速度方向，壓力均勻分布，定義湍流強度和水力直徑。湍流強度可以由經(jīng)驗式(1)來估算：

　　泵出口條件由質量守恒方程確定。

　　1.4、模擬計算

　　對軸流泵內部進行數(shù)值分析時采用時均N-S方程做為控制方程，標準K-δ紊流模型，通過收斂速度較好的SMPLEC算法實現(xiàn)速度和壓力分離求解，壓力項采用PRESTO!，其他項采用二階迎風差分格式。

結論

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

　　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，葉片進口處的負壓增高降低了發(fā)生氣蝕的可能。

　　3)間隙和流量都會對葉片頂端回流產生一定的影響，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。