Page 93 - 2024年第55卷第7期

气相的聚集会挤压叶轮流道过流面积，进而引起速度场和压力场的变化。为深入探究，选取吸入
涡发展四个阶段叶轮中间截面进行分析。如图 １５（ａ）所示，随着吸入涡发展，气体不断进入叶轮流道，
主要分布于叶片吸力面一侧，随着流道面积扩散，气相聚集区域不断扩大，但含气率峰值减小。如
图 １５（ｂ）所示，在初生阶段速度分布较为均匀，流道中液相速度高速区靠近叶片吸力面，压力面附近
流速较低；随着吸入涡进入发展阶段，空气逐渐进入叶轮，流道中出现小范围气相聚集区，该区域产
生低速区；在保持阶段，可明显观察到大范围气相聚集区域，导致流道中产生明显低速聚集区，大大
减弱过流能力；随着吸入涡强度降低，进入叶轮中的气体减少，低速区明显减小，但由于吸入管中残
留的气体仍在持续进入，气相聚集区依然存在并影响流道内速度分布。

图 １５ 叶轮中间截面处流场分布

图 １６为 ０．５倍叶高处叶片表面压力分布，横坐标用
无量纲距离 ｘ?Ｌ表示，ｘ为叶片上某点到叶片头部的距
离，Ｌ为叶片长度。吸入涡初生阶段叶片正背面压力分
布较为均匀，在叶片头部压力面压力先增大再减小，随
后由头部至尾部压力以较为均匀的梯度逐渐上升，正背
面压差基本不变，此时叶片受力均匀。而在保持阶段，
气体大量进入叶轮，叶片表面压力明显下降，分布规律
发生显著变化，叶片正背面压力梯度十分不均匀，产生
多处压力 突 变现 象，正 背面 压差 减小 导 致 叶 片 载 荷 降
低，削弱叶轮做功能力。由此可见，在吸入涡形成后，
大量气体进入叶轮内部，并在流道中聚集，影响叶轮过
图 １６ 叶片表面压力分布
流能力，并使得叶片载荷分布不均，做功能力下降。

５ 结论

本文采用可视化试验及数值模拟方法对一台带进水池与侧式布置吸入管的离心泵全流道计算域开
展研究，得到以下结论：
（ １）数值模拟所得吸入涡与可视化试验拍摄所得吸入涡位置与形态一致。吸入涡发展是具有一定
周期性的能量聚集－ 维持－ 耗散过程。由于离心泵的抽吸作用，在吸入涡初生阶段产生大速度梯度聚集
区，诱发吸入涡的形成，并且随着吸入涡的发展，大速度梯度区域持续增大，在保持阶段达到峰值，
随后在溃灭阶段逐渐减小直至消失。

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