自吸式离心泵因其具有良好的自吸性能而在二次启动时无需灌泵,便于自动化控制,广泛适用于重要的工农业领域。随着各类应用场合对泵能耗要求的提高,市场上广泛应用的立式自吸泵的效率、运行平稳性和自吸性能已越来越难以满足应用的需求。本文在研究和分析传统立式单级自吸泵的基础上,开发了立式双级自吸泵,基于局部欧拉能量分布的调整,改进了叶轮内部能量分布,提高自吸泵水力性能,提出了新的蜗壳气液分离室结构,并改进了口环密封结构及副叶轮结构。借助计算流体动力学(CFD)软件对双级自吸泵的水力模型进行了优化和性能预测,最终开发产品进行现场应用。同时,本文的双级自吸泵无回流孔的结构特点,基于两相流动模拟研究了所开发自吸泵的自吸特性。为优化立式双级自吸泵的性能并研究其自吸特性,本文主要开展了以下几个方面的工作:(1)总结概括已有典型自吸泵的研究成果以及国内外研究现状,研究和分析立式单级自吸泵的主要问题,在此基础上设计出双级立式自吸泵,并对其水力性能和自吸特性进行了研究;(2)基于CFD分析软件FLUENT,采用κ-ε湍流模型对自吸泵内部流场进行单相定常数值模拟和性能预测;根据定常数值模拟结果对自吸泵叶轮蜗壳以及叶轮内部结构进行改进,对比与分析不同结构对自吸泵流场的影响,设计得到了高效的立式双级自吸泵叶轮、蜗壳及泵内部结构;(3)对立式双级自吸泵进行性能试验,通过泵性能测试数据与模拟数据结果对比,验证设计的合理性和计算方法的可靠性;(4)基于FLUENT软件对立式双级自吸泵自吸过程的气液两相流进行非定常数值模拟。给出了自吸过程泵内含气率、速度和压力的分布规律及流动特征,分析了叶轮进出口、蜗壳进出口和气液分离室压力与含气率,并结合理论分析研究其自吸过程。本文提出了新型立式双级自吸泵结构,基于CFD数值模拟改进设计了自吸泵的过流部件,分析了自吸过程的泵内气液两相流结构流场,完成了产品样机的制造、试验和现场应用,测试和应用结果显示,所开发的双级立式自吸泵效率相比传统立式自吸泵得到大幅度提升,且自吸性能良好,达到了节能降耗的目的。本文的研究工作对立式自吸泵产品研发与应用具有一定的参考价值。