本文在国家杰出青年基金项目“离心泵基础理论和节能关键技术研究”(编号:50825902)和江苏省自然基金攀登项目(编号:BK2009006)的资助下开展工作。　　 现代离心泵向着高参数、高性能、高可靠性方向发展,工程实际应用中,越来越多的客户要求泵的性能满足多个设计工况点,例如核电站离心式上充泵要求运行时至少满足5个工况点等。其中关死点是多工况设计要求之一,如何在设计阶段满足关死点的性能要求已成为一个重要课题。本文采用数值模拟和实验研究的方法对离心泵关死点内部流动情况进行了深入分析,主要的研究内容及创新点有:　　 1.总结了国内外学者预测离心泵关死点扬程的研究现状。预测离心泵关死点扬程是现代泵设计面临的难题之一。现有关于离心泵关死点扬程的修正系数大部分是基于欧拉方程,通过数据统计分析得到的,多数学者探讨了叶轮对关死点扬程的作用规律,但由于关死点工况叶轮和蜗壳内存在液体交换以及进口回流等复杂的非稳态流动现象,需要对现有的关死点扬程作进一步的修正。　　 2.采用标准k-ε湍流模型对离心泵关死点工况内部三维湍流场进行数值模拟。考虑到进口回流会对离心泵内部流动产生影响,计算模型中延长进口管路的长度为10倍的进口直径且适当延长出口管路。分析了离心泵关死点工况下叶轮及蜗壳内压力、速度、流线及涡量分布规律。　　 (1)叶轮流道中形成进、出口两个回流漩涡,涡在r／r2=0.6处发生分离；不同叶道内流动情况不是轴对称的；叶轮出口处沿圆周方向的相对速度值存在明显的波动,叶轮出口的最大总压和最小总压相差一倍左右。　　 (2)蜗壳内压力分布沿着流线方向逐渐增加,隔舌处存在一处低压区,蜗壳出口管路中存在微小的流速。分析离心泵各截面的涡量分布可知,进口管中靠近叶轮处存在能量很高的涡量。　　 3.采用大涡模拟对离心泵关死点工况内部非稳态流动进行数值模拟。计算结果表明:叶轮旋转一周的过程中,叶轮和蜗壳存在流体交换,叶轮和蜗壳之间的环形间隙充满了流体脉动。研究了不同时刻叶轮出口和蜗壳进口周向压力及速度分布,发现隔舌处存在压力的陡降以及复杂的速度波动。离心泵叶轮不同半径处压力分布存在6个波峰和波谷。在一个周期内,压力存在陡降,且各个叶道内压力陡降存在相位差。分析离心泵关死点叶轮和蜗壳内的压力脉动可知,叶轮内压力脉动值随着直径的增加而增加,低频段的“白噪声”幅值增加,且叶轮内同一半径处存在1至5倍轴频的脉动,蜗壳周围压力脉动叶频占主导地位,但在轴频等低频段的“白噪声”较强。　　 4.设计了一套基于虚拟仪器的离心泵能量试验、关死点压力和振动监测及进口流场可视化装置,能量试验测量了关死点扬程,验证CFD预测关死点扬程的可靠性。从研究压力和振动信号自身的特点出发,结合FFT变换和小波包分解及小波包分频带能量监测方法,对离心泵压力和振动信号的局部和整体同时进行分析。　　 (1)分析表明离心泵关死点工况下压力脉动呈现不规则变化,没有明显的周期性,低于1倍叶片通过频率的低频脉动占据主导地位,轴频处的脉动幅值随着流量的减小先增加后减小。离心泵流量减小至关死点工况时,叶轮内部出现回流,低频段的小波包重构系数变化明显,可见回流对低频段产生了较大影响。离心泵关死点工况轴频处的振幅和强度明显增强,关死点低频段的能量值与设计工况点低频段的能量值比较相差约200％。　　 (2)首次分析了改变转速对离心泵关死点性能的影响,分析得到了不同流量下离心泵关死点能量特征值。结果表明不同转速不同流量下存在一定的能量较大的值,这可能是关死点工况与泵体产生共振引起的。与傅立叶方法比较,基于小波包分解可识别不同频率对应的非稳态流动,提高关死点内部流动诊断的分辨性,这对于非稳态流动的深入研究是有指导作用的。　　 (3)采用高速摄影仪,对有机透明管离心泵关死点进口流动进行了可视化试验拍摄,结果发现:进水管内会形成柱状涡带,且涡带的强度和长度随时间变化,但没有明显的周期性。