作为一种通用水力机械,离心泵在工业、农业以及日常生活中有广泛应用;但在减少能源消耗方面仍有很大的提高空间。一方面随着工业技术的发展,传统改进方法已很难满足离心泵性能进一步提高的需求;另一方面,在流动减阻方面,新兴的仿生非光滑表面减阻技术已广泛应用于消防系统、城市排污系统、船舶和水下武器等诸多领域。因此,本文在前人启发下,尝试利用非光滑表面减阻技术,将其布置于一台卧式单级离心泵叶片表面,并对其进行水力和非定常流动特性研究。本文具体研究内容如下:第一,为保证研究的整体性,在研究之初,采用粒子图像测速技术(PIV)对某型光滑叶轮表面单级卧式透明离心泵进行实验研究。分别研究了转速对叶轮流道、蜗壳内流场特性的影响规律。通过此部分实验研究,掌握该离心泵的内部流动规律,为后续数值模拟研究提供实验数据。第二,采用数值模拟方法,对光滑叶轮表面离心泵进行数值模拟研究。首先建立了单级离心泵的流体域模型,并进行了网格划分和无关性验证;其次采用有限体积法对离心泵内流动进行三维稳态计算,分析其实验条件下的流动特性,得到了扬程、效率等外特性,并将计算结果与实验进行了对比;最后,在稳态研究的基础上,对离心泵内流动进行瞬态计算,对叶轮区域、蜗壳区域进行压力脉动研究,并与实验结果进行了对比分析。通过此部分研究,实现原型泵数值模拟方法的建立和验证,以便应用于后续应用。第三,基于以上实验和数值模拟研究,采用数值模拟方法对叶轮表面进行仿生非光滑沟槽结构参数设计。首先以平板为对象,在其表面施加沟槽结构,进行流场计算,并与与已有平板流动阻力经验公式进行对比,验证计算方法的准确性;然后基于仿生设计准则,充分考虑离心泵的工作原理、结构特征,以及泵内部流动状态,对叶轮表面进行仿生非光滑沟槽结构参数设计;第四,基于有限体积法,数值模拟研究叶轮表面具有“U型”和“V型”沟槽结构的离心泵水力性能,压力脉动及叶轮瞬态受力等非定常特性。首先,进行稳态计算,并对比分析了不同的沟槽参数对离心泵扬程和效率等外特性的影响规律;其次,通过在叶轮和蜗壳区域内设置压力脉动监测点,分析了非光滑沟槽单元设计参数对叶轮主要特征频率处压力脉动幅值的影响规律;最后,通过流场变化特征分析,探究了沟槽结构施加于叶轮表面所产生的减阻机理。