以一种由半开式离心主泵和内置液环真空泵组合而成的新型半开式除气泵为研究对象,探究其离心叶轮后盖板开设的排气孔的参数以及叶顶间隙对此泵除气性能的影响,由孔径d、孔的径向位置r、孔的周向位置θ、叶顶间隙δ组成四因素三水平的9组正交试验方案,通过正交试验探究出各因素的最优组合方案,得到最终的优化组合方案为d=19 mm,r=70 mm,θ=20°,δ=0.6 mm。对比设计流量下优化除气泵与初始除气泵的除气率发现,优化除气泵的除气率提高了22.82%,达到了优化除气泵性能的目的。观察优化前后除气泵内流场的变化发现,优化除气泵离心叶轮流道内的气相聚集区域更少,湍动能更小,由此可见合理地布置排气孔以及调整叶顶间隙可以改善除气泵内的气液两相分布情况与流动状态,进而提升泵的性能。

为建立叶顶间隙对低比转速小流量泵性能的影响关系,采用数值计算的方法,以叶顶间隙宽s和叶轮出口宽b的比值(s/b)表征间隙大小,对不同间隙下泵的性能展开对比分析。分析发现,随着间隙的增加,泵的扬程和效率均逐渐降低,最大和最小间隙下的扬程和效率差分别达15.4%,5.5%。当间隙较小即s/b<0.2时,扬程曲线在小流量工况会出现不稳定的“驼峰”现象,在s/b>0.3后,设计工况附近效率的降幅显著增大。从流动特性来看,随着叶顶间隙的增大,间隙泄漏流对叶轮内主流区影响加剧,会诱导严重的二次流和旋涡的产生,同时间隙内不稳定流动也会产生能量损失,造成扬程和效率下降。为低比转数小流量泵的设计与优化提供借鉴意义。

基于控制变量法对某跨音速离心压气机进行数值模拟,研究了叶轮尾缘叶间隙改变对其气动性能的影响。仅改变该离心叶轮的尾缘叶顶间隙,在设计转速下进行全三维黏性数值模拟,对相关气动参数进行分析。计算结果表明,相较于小流量工况,尾缘叶顶间隙的改变对离心压气机大流量工况的气动性能影响更大;在设计流量下,离心叶轮的压比、效率与叶轮尾缘出口间隙大小之间具有一定的线性关系,随着叶尖间隙增大,叶轮叶尖泄漏流的强度明显增强,导致叶轮的增压能力下降。

为探究改变叶顶间隙对矿用对旋式轴流风机气动噪声的影响，建立不同叶顶间隙的风机三维模型，并结合风机性能试验验证模型的正确性。利用Fluent对风机进行定常模拟、非定常模拟和噪声预估，分析了声功率级和声压级随叶顶间隙的变化情况。结果表明:叶根与轮毂交界处、叶顶间隙处和相邻两叶片中间部位的声功率级随间隙的增加而增大，且叶顶处吸力面声功率级高于压力面。不同间隙下风机的A级声压值总体上呈先急剧下降后上升再逐渐下降的趋势，间隙变大后，风机在各监测点处的A级声压值随之增大。与高频处相比，间隙对中低频处的A级声压值影响更加显著。

为研究叶顶间隙对离心泵气液两相流特性的影响,以比转速为33的半开式叶轮离心泵为研究对象,设计了四种叶顶间隙值(0.3 mm、0.5 mm、0.7 mm、1 mm)的模型泵,采用Eulerian模型对各间隙值模型泵进行了不同进口含气率(IGVF)不同流量工况下气液两相流动进行了数值计算,得到了不同IGVF下各模型泵的外特性曲线,并分析了叶顶间隙变化对模型泵外特性及其内部流场影响规律。结果表明:当IGVF≤5%时,气相在泵内的聚集程度较低,叶顶间隙泄漏流动是影响模型泵性能的主要原因,模型泵的性能随间隙值的增大而减小,0.3 mm间隙值为最佳间隙值;当IGVF=12%时,气相在泵内高度聚集,导致叶轮内部流动极为紊乱,湍动能的分布范围和强度也逐渐增强,由此造成的能量损失是导致模型泵性能下降的主要因素,其中0.5 mm间隙值模型泵的湍动能分布和强度最小,此时模型泵的性能达到最佳。

为研究叶顶间隙的改变对半开式叶轮离心泵内部流场及性能的影响,选取某半开式叶轮离心泵进行全流道数值模拟。结果表明,不同相对间隙下叶轮内压力变化大体趋势一致,沿着叶轮进口到叶轮出口等压线周向呈均匀分布,且总压由叶轮进口向出口逐渐递增;随着相对间隙值增大,沿圆周方向叶轮流道内压力梯度逐渐减小,由于叶顶间隙增大使叶轮流道中高压流体沿着轴向的泄漏量增加引起叶片做功能力减弱,叶轮叶片出口处局部高压区逐渐减弱。在同一径向位置间隙层中靠近叶片工作面附近流体压力较背面大,且在叶片工作面与背面两侧间隙层存在较大的压力梯度。间隙层出口处存在局部高压区,随着间隙值的增大该局部高压区有所减弱,不同相对间隙值下相对速度沿径向均匀增大。叶轮轴向截面内存在着回流、绕流等不稳定流动,轴向截面中有明显的回流涡...

为了揭示受叶顶间隙几何不确定性影响的离心叶轮气动性能和内部流场变化规律,采用非嵌入式多项式混沌（NIPC）法并结合计算流体力学方法,以Krain离心叶轮为例,研究了叶顶间隙服从高斯分布时的叶轮效率、压比性能统计变化规律,并从叶轮出口流动不均匀性、相对马赫数分布、载荷分布等角度探究其物理机制。结果表明：不同流量工况下,Krain叶轮效率和压比的不确定带大小相当;小流量工况下,叶轮出口流动对叶顶间隙几何不确定性的敏感度较强;大流量工况下,叶轮进口及吸力面附近流动对叶顶间隙几何不确定性的敏感程度较强。研究结果有利于深刻认识叶顶间隙几何不确定性对离心叶轮气动性能和内部流场的影响,同时为深入开展流体机械不确定性流动分析研究提供了一定的理论指导。

叶轮偏心引起的叶顶间隙气流激振影响透平轮机械的安全运行，运用CFD理论研究了气流激振问题，通过Fluent软件对轴流引风机的一级带偏心叶轮的内部流场的数值模拟，计算出了该级叶轮由于叶轮偏心引起的叶顶间隙静态气流激振力，该数值模拟计算结果与理论计算结果取得了较好的一致。通过改变叶轮的叶顶间隙、偏心距以及转速，可以发现由叶轮偏心引起的叶顶间隙静态气流激振力F与叶顶间隙δ成反比，与叶轮偏心距e、转速n成正比。

采用CFD计算软件CFX11．0，基于标准的k—ε紊流模型和SIMPLEC算法，对带间隙的轴流泵的内部流场进行了数值模拟。研究和分析丁0、1、1．5、2和2．5mm五种不同径向间隙对轴流泵的能量特性的影响，并进行了性能预估。本次数值模拟捕捉到了叶顶间隙泄漏流动和间隙泄漏涡，并通过分析得出了间隙泄漏涡是由于间隙泄漏流与主流发生卷吸而形成的。

针对服务于航天低温循环系统的半开式复合叶轮离心泵效能利用率低的问题研讨了其内流场在3种不同叶顶间隙下的工作情况。应用ANSYSY-Fluent软件对3种不同叶顶间隙的流场进行三维定常全流场数值模拟得出3种叶顶间隙对离心泵内流特性的影响规律。通过对实物泵的水力特性试验以及试验结果与数值模拟结果对比分析得出叶顶间隙是半开式离心泵存在能量损耗原因之一减小叶顶间隙有利于提高效能利用率并确认了试验数值模拟的可靠性。