离心泵在实际运行过程中由于自身结构的不对称性和流量大小的改变,水泵内部流动不均匀,会出现叶轮在周向位置所受压力分布不均匀的现象,导致叶轮位置产生径向力,使轴受交变应力,产生定向的挠度,引起离心泵的振动噪声。可见,径向力是引起水泵振动噪声的一个关键因素。本文以SC125-100-200A型离心泵为原模型,在保持叶轮结构不变的情况下,设计双蜗壳结构压水室,通过CFD数值模拟的方法对比两种方案离心泵内部的定常流动特性、非定常流动特性及径向力规律。首先,根据原模型设计参数,将单蜗壳结构压水室改型设计出双蜗壳结构压水室。对两种方案水泵进行定常数值模拟,并将单蜗壳结构压水室模型模拟数据与试验数据进行对比,发现模拟数据扬程和效率要优于试验数据,但两者误差较小均在可接受范围内,说明本文的数值模拟结果具有较高的可靠度。对两种方案定常模拟结果分析可以发现,单、双蜗壳结构在不同工况下的蜗壳流道内,静压是由蜗壳进口至出口逐渐增大。设计工况下双蜗壳结构在外部流道压力较单蜗壳结构大,而内部流道双蜗壳结构在隔板初始位置出现低压区,之后压力逐渐增大。在偏工况下,双蜗壳泵在内侧流道压力明显地小于单蜗壳压力且区域面积较大。对比双蜗壳隔板内、外侧压力可以看出,在设计工况及小流量工况下隔板外侧压力波动比较平稳,且压力高于隔板内侧压力。隔板内侧压力波动较为剧烈。对比单、双蜗壳速度矢量图,在不同工况下单、双蜗壳自蜗壳进口至出口速度逐渐降低,且双蜗壳结构在设计工况下在蜗壳隔舌处和隔板初始位置均出现了相对于基圆圆心对称的高速区。双蜗壳隔板内侧速度梯度变化较大,而外侧流速较低且速度梯度变化较小。湍动能图主要反映湍流脉动的平均特性。在设计工况下单、双蜗壳结构湍动能分布最好,单、双蜗壳湍动能强烈分别出现在隔舌附近及双隔板初始位置处。小流量工况下湍动能分布最差,大流量工况下单、双蜗壳湍动能均在蜗壳出口处出现湍动能较大的情况。定常计算中叶轮径向力,最小径向力均出现在设计工况周围,且偏离设计工况越大,径向力大小也越大。然后在定常数值模拟的基础上,以定常模拟结果作为非定常模拟计算的初始值对两种不同方案的离心泵进行非定常数值模拟。在双蜗壳隔板两侧共设置6个监测点,分析隔板周围压力脉动的时域和频域特性。结果表明,双蜗壳泵隔板外侧监测点压力波动幅度整体上小于隔板内侧,是因为隔板内侧受叶轮出口流体流动影响较大。对比单、双蜗壳,设计工况下双蜗壳隔板初始位置压力波动较单蜗壳大,是因为添加隔板流体与隔板撞击产生压力波动。隔板中间位置及隔板末端双蜗壳压力峰值和波动幅度均小于单蜗壳。偏工况下压力波动周期性没有设计工况下明显,双蜗壳周期性比单蜗壳周期性明显,且压力波动较单蜗壳幅度大。小流量工况下压力波动最剧烈。最后,对于叶轮所受径向力的规律,介绍了径向力的计算方法。非定常数值模拟计算中,时域图中不同工况时单、双蜗壳结构均出现了6个波峰,这与水泵的叶片数一致在设计工况及偏工况条件下,双蜗壳泵径向力大小及波动幅度均小于单蜗壳泵。频域图中两种结构主频均出现在一倍叶频处,且在大于次频处迅速衰减直至高频处基本无响应。本文还对两种结构的瞬态径向力方向做了对比分析,在不同工况下单、双蜗壳叶轮径向力方向均呈椭圆形状,周期性比较明显。对比单、双蜗壳结构,双蜗壳瞬态径向力方向均在坐标原点周围,而单蜗壳瞬态径向力方向都偏离坐标原点。从上述定常和非定常径向力的分析我们可以看出,双蜗壳结构可以有效地平衡部分径向力,对离心泵减震降噪有着重要意义。