為改善射流式噴灌泵的性能，提高泵的效率。本文設計了一種有2個出口的不對稱導流器，可以加快泵內的氣液混合與分離。通過正交試驗和數值模擬方法，得到葉輪與導流器中截面多方案的空氣體積分布云圖，分析其氣液混合與流動規律，研究導流器出口1角度θ、導流器出口2角度α和基圓直徑D3對噴灌泵性能的影響，并對數值計算結果進行極差分析。研究結果得出方案4的導流器幾何參數較為合理，并進行樣機試驗。樣機試驗證明:在額定工況下，泵的效率為68.86%，比國家標準值提高7.6%，達到設計要求。

1、前言

　　噴灌泵在農業灌溉中起著重要作用，泵的灌溉面積約占全部灌溉面積89%。改善噴灌泵性能不僅可以有效的節約農業灌溉用水，而且在用戶使用時也會省時、省力。到2020年我國將基本完成全國大中型灌區的續建配套和節水改造，農田灌溉面積將達到60億畝。因此，從節水灌溉的角度出發，探索改善噴灌泵性能的有效途徑，研究提高噴灌泵的設計方法，具有重要的理論意義和工程應用價值。

　　傳統的噴灌泵結構復雜、效率低、自吸性能較差。目前國內學者對改善自吸性能、提高噴灌泵效率和創新自吸結構進行廣泛研究。通過大量試驗研究總結出提高自吸泵效率和自吸性能的方法，同時，設計出輕小型射流式噴灌泵，并進行大量的理論分析和試驗研究。

　　本文以一種射流式噴灌泵為研究對象，創新設計了一種不對稱出口導流器，討論對射流式噴灌泵性能的影響。通過采用數值模擬和正交試驗的方法，分析不對稱出口導流器幾何參數對噴灌泵內部氣液混合影響的主次順序，從中選出最優幾何參數，旨在為射流式噴灌泵導流器的設計提供技術參考。

2、正交試驗設計

　　2.1、正交試驗方案

　　導流器是一種能盡快將液體的動能轉換為壓力能的裝置，同時使泵的內部流動趨于均勻，提高泵內氣液分離的能力。不對稱出口導流器采用螺旋形壓水室的設計法，并設計成2個不對稱的導流器出口，這樣能夠加速泵的氣液混合與分離，從而減小泵的徑向力，提高泵的運行效率。其不對稱出口導流器的結構示意如圖1所示。

圖1 導流器結構

　　本文選取導流器出口1角度θ、導流器出口2角度α、基圓直徑D3為正交試驗的變化因素，A、B、C為相應編碼，按每個因素選3個水平數確定因素水平表如表1所示。根據L9(34)正交表，設計的正交試驗方案如表2所示。

表1 因素水平表

表2 正交數值試驗方案

　　2.2、泵性能指標

　　80SZB25-4.8Q模型泵的性能參數為:流量Q=40m3/h，揚程H=25m，轉速n=3600r/min，比轉速ns=123。采用Pro/Engineer對該泵葉輪水體、導流器中截面以及計算域全流場進行三維建模如圖2所示。

圖2 計算域

　　葉輪結構采用半開式葉輪，葉片進口段設計成扭曲形狀、后半段則趨于圓柱葉片。不對稱出口導流器有2個液體出口和1個隔流板，隔流板外緣與葉輪間隙為1.0mm。

3、數值模擬

　　計算區域包括葉輪流道和導流器流道兩部分，二者之間通過交界面實現耦合。考慮到節省模擬計算時間及計算機資源，本文采用ICEM

　　CFD對計算域進行非結構化四面體網格劃分，葉輪水力網格數432727，導流器水體網格數560383，計算區域總網格數2158968。

　　兩相流動數值計算時，介質為水，其動力粘度為定值。采用三維定常雷諾時均N-S方程和標準k-ε湍流模型。考慮模擬各相不同速度的氣液兩相流，采用Mixture多相流模型及Simple算法。速度項、湍動能和渦黏系數項采用一階迎風差分格式，葉輪進口邊界條件采用速度進口，且進口處氣相的體積分數設置為1，進口湍流取值按水力直徑大小及湍流強度(5%)給定，出口邊界條件采用自由出流。壁面采用無滑移邊界條件，設定收斂精度為10-4，從而對1～9號導流器模型進行氣液兩相流的數值模擬。

6、結論

　　(1)射流式噴灌泵結構設計為2個出口的不對稱導流器，該導流器氣液分離快，自吸性能好，在自吸過程中減少液體環流損失，設計合理;

　　(2)由極差分析，導流器幾何參數影響氣液混合流動的最優選取參數組合為方案4，即導流器出口1角度θ=30°、導流器出口2角度α=0°、基圓直徑D3=146mm;

　　(3)經過對比分析，方案4為最優方案，根據方案4的導流器幾何參數進行模型制造，并進行樣機試驗。試驗結果表明:在額定工況點下，泵的效率為68.86%，比國家標準值提高7.6%。