Page 92 - 2024年第55卷第7期

及内部流动造成影响。图 １２为不同阶段叶轮体平均含气率、叶轮总功率及效率变化。吸入涡初生阶段
叶轮内无进气，随着吸入涡发展携带气体进入叶轮，体平均含气率明显增大，在保持阶段达到峰值，随
后逐渐降低。在此过程中，随着进气量的增多，叶轮总功率由 １３９Ｗ 降低至 １２５．６Ｗ，而在吸入涡溃灭
阶段功率有所上升。此外，随着体含气率的变化，叶轮效率也呈现先降低、后增大的趋势，与含气率变
化呈负相关趋势。由此可见，吸入涡形成引起的进气会影响叶轮内部流态、降低叶轮做功能力。
叶轮做旋转运动，将机械能传递给流体。总的来说，叶轮通过流道表面的压力与无滑移壁面条件
带来的黏性力对流体做功，故将叶轮所具有的能量分为压力做功与黏性力做功 ［３５］ ，在能量转换程中，
叶轮叶片正背面压差起主要作用，而在近壁面的极小边界层区域内黏性力起主要作用，会造成摩擦损
失，因此压力做功占比越高越有利于降低能量损失。如图 １３所示，随着叶轮体平均含气率的增加，
压力做功占比随之下降，而在保持阶段含气率达到峰值，压力占比也随之达到谷值，为 ９４．６％；随后
含气率减少，压力做功占比逐渐回升，这说明吸入涡携气进入叶轮之后，影响叶轮内部压力与黏性力
做功分布，对离心泵能量特性造成影响。

图 １２ 不同阶段叶轮能量特性 图 １３ 压力做功占比变化

为对叶轮内部气相分布及流动特性进行更加细致的分析，在叶轮内沿径向（流线方向）取 ８个等间距
圆柱截面，沿轴向（叶高方向）取 ８个等间距截面。图 １４为叶轮不同叶高位置（后盖板处相对叶高为 ０，
前盖板处相对叶高为 １）与不同径向位置（最小半径处 Ｒ ＝ ２２．５ｍｍ，最大半径处 Ｒ ＝ ５０．５ｍｍ）截面上气体
面平均含气率。在吸入涡初生阶段，叶轮内部基本无进气；随着吸入涡进入发展阶段，有少量气体进入
叶轮，截面平均含气率升高，最高值位于相对叶高 ０．７、Ｒ ＝ ２６．５ｍｍ处，且越靠近后盖板，含气率越高；
保持阶段，吸入涡强度最高，携气能力强，进气情况最为剧烈，因此各截面平均含气率均高于其他时刻，
最高值出现在相对叶高 ０．８、Ｒ ＝ ３８．５ｍｍ处；吸入涡开始溃灭后，强度有所下降，截面平均含气率降低，
但仍处于较高水平，这是由于分布在吸入管内的气囊不断脱落导致的进气现象。综上所述，吸入涡携气
进入叶轮后，首先聚集于后盖板靠近叶轮进口处，随后沿流道向前盖板扩散并流出叶轮。

图 １４ 叶轮内部截面含气率

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