作为污水搅拌设备,潜水搅拌器搅拌性能对污水处理的质量起关键的影响。在实际工程应用中,处理的污水介质中污物成分复杂,存在多种易引发缠绕的纤维状污物,叶片缠绕会引起流道堵塞,负荷加重,增大功率的消耗,降低水体搅拌质量,因此提高潜水搅拌器抗缠绕性能具有较大的工程意义。本文工作内容有:(1)进行原型潜水搅拌器叶片的缠绕试验,发现其缠绕临界点位置在0.75叶高处,在轮毂到临界点之间的叶片导边有纤维物缠绕,在临界点到叶片外缘之间的导边不出现缠绕。(2)流挂在叶片导边的纤维物能够从叶片滑脱,要求水流方向与导边切向至少小于一定的角度,从而提出了最小缠绕角的概念。通过理论分析及二维斜板缠绕试验表明,毛线纤维的最小缠绕角为63°。(3)计算出二维原型叶片导边与圆周切向速度的夹角,其与试验的缠绕临界点不吻合,故缠绕角计算必需考虑三维流速。建立了求解三维叶片导边切向与水流方向夹角的方法。(4)分析弯掠模型确定叶片后掠有利于减小水流缠绕角,提高叶片的抗缠绕性能。基于二维流动的分析先初拟一个后掠角,通过计算比较,最终修正后掠角为40°。(5)分析侧倾模型确定叶片应前倾,通过比较分析,基于后掠叶片采用6°前倾角。前倾能改善叶片根部水流缠绕角,而对叶片外缘水流缠绕角影响较小。(6)对比改型前后叶片的流动特性。优化叶片进口侧低压区域大幅减少,且最低压力较高,故叶片吸附力较小,有利于纤维物脱落;导边处流线的拐角较小,流线更顺直,污物通过性较高;叶片面磨损较少,表面相对光滑利于纤维物被冲出叶片外。(7)对比改型前后的搅拌场与外特性变化。叶片后掠及前倾,均会增大能耗,但最终的优化叶轮通道内流速大,池体死水区域少,在近壁面处搅拌充分。(8)进行优化叶轮缠绕试验,结果表明叶片导边无缠绕,验证了基于最小缠绕角控制搅拌器叶片缠绕的可行性。