自吸离心泵具有体积小、安装简单、维修方便等优点,在泵启动频繁、灌液困难的场所得到广泛应用。现有自吸离心泵多为单级自吸泵,难以在有限径向尺寸范围内得到较高的扬程,多级自吸泵刚好可以弥补这一不足,既满足自吸的要求,还能实现高扬程的要求。目前,有关多级自吸泵的研究还比较缺乏,急需开展相关研究工作以完善多级自吸泵的设计方法和技术。本文以洒水车泵为应用背景,对一台两级自吸离心泵进行了结构设计与水力设计,采用CFD方法分析了其内流特性,同时为了调整该泵的使用范围,研究了叶轮组合切割对其性能的影响。本文主要工作和研究成果如下:1.较为系统地概述和总结了自吸泵和多级泵的研究现状及发展趋势。2.根据用于洒水车的自吸离心泵的实际使用要求进行了结构设计,同时对泵的首级叶轮、径向导叶、次级叶轮和蜗壳等过流部件进行了水力设计。3.采用CFX软件对两级自吸离心泵内流进行了数值模拟,分析了该泵不同工况下的能量性能、内部流动、压力脉动特性和径向力特性,并进行了试验验证。研究发现:(1)数值模拟结果表明,设计工况下,两级自吸离心泵的扬程为107.58m,效率为60.18%,满足该泵的水力设计要求;在0.9Qd~1.4Qd的流量范围内,均具有较高的效率。(2)从数值模拟得到的内流场来看,流体在径向导叶反导叶出口处的流态较差,产生的损失较大,因此基于CFD结果对反导叶的出口型式进行了优化。设计工况下,优化导叶后该泵的效率提高了0.81个百分点。(3)对优化后的两级自吸离心泵进行样机试制,并进行了水力性能试验和自吸试验。设计工况下,该泵的试验效率达到了60.58%,并且在52m3/h~85 m3/h的流量范围内,试验效率均高于58%。同时,在自吸高度为4m时,该泵的自吸时间为154s,满足该泵的设计要求。(4)对优化后的泵进行非定常数值模拟,分析了泵内流体的压力脉动和径向力特性。随着对导叶进口的远离,导叶流道内监测点的压力脉动系数峰峰值减小;随着对隔舌的远离,蜗壳螺旋线段流道内监测点的压力脉动系数峰峰值逐渐减小。流量较大时,叶片经过隔舌位置的瞬间对隔舌附近的蜗壳流道内的压力脉动产生很大影响;流量较小时,上述影响较小。径向导叶壁面受到的径向力明显小于蜗壳壁面受到的径向力,同一工况下,次级泵的蜗壳壁面受到的径向力几乎是首级泵的径向导叶壁面受到的径向力的20倍。4.为了调整两级自吸离心泵的使用范围,采用数值模拟和试验测试相结合的方法研究了叶轮切割对该泵性能的影响。叶轮切割量的增加会使泵的最佳效率点向小流量工况移动。设计工况下,在两级叶轮均切割6%后,扬程下降了13%,但效率仅下降了1.69个百分点,同时自吸时间延长了1.7%。因此,扬程要求在94m~107m内均可通过切割叶轮来满足使用要求。叶轮切割量越大,径向导叶和蜗壳壁面受到的径向力越小,径向导叶流道和蜗壳流道内的压力脉动也越小。