空化是一种常常发生在流体机械内部的现象,其过程包括液体汽化、气泡流动和气泡溃灭,本质为气液之间的质量传递。离心泵是工业生产的心脏,随着社会的发展,日益增长的工业需求也对离心泵的抗空化性能提出更高的要求。早期对离心泵空化研究往往基于实验研究,随着数值科学和计算机技术的发展,越来越多的研究人员采用计算流体力学技术对离心泵进行研究。本文对IS125-100-200型离心泵进行了外特性实验和空化试验;基于开源平台Open FOAM对离心泵进行了稳态和非稳态数值计算,分析了开源软件计算精度并研究了离心泵内部流动现象;最后对离心泵进行了非稳态两相流空化求解,研究了三种工况下空化云的发展和标准工况下不稳定空化特性。本文的具体工作如下:首先对离心泵进行外特性实验和空化实验,介绍了实验原理、实验装置以及实验具体步骤,得到离心泵外特性曲线和必需汽蚀余量曲线,为数值模拟提供验证。基于求解器simple Foam和pimple Foam采用标准k-ε湍流模型和k-ωSST模型对离心泵进行稳态和非稳态求解;绘制了外特性曲线,并与商用软件Fluent的结果和实验结果进行对比,分析了Open FOAM在离心泵数值计算上的精度;绘制并分析全流场速度矢量图、压力图以及各截面的流线图,探讨了三种工况下流动分离、二次流、回流等现象对离心泵性能产生的影响。结果表明Open FOAM在离心泵计算上有较高的精度,且Open FOAM计算结果能捕捉到泵内复杂流动现象。最后基于两相流附加相变求解器inter Phase Change Foam对离心泵进行非稳态空化求解,绘制有效汽蚀余量曲线和必需汽蚀余量曲线,分析了Open FOAM在离心泵空化计算上的精度;分析了标准工况、小流量工况和大流量工况下不同有效汽蚀余量叶轮空化云分布、叶轮压力分布和叶栅截面的空化特性;分析了标准工况下叶轮内气泡的发展过程和气泡发展对叶轮内流动的影响;最后监测并分析了叶轮流速分布和蜗壳压力脉动。结果表明在设计工况下数值模拟结果与实验结果吻合良好,而越偏离设计工况误差越大,且空化对叶轮流道内流动和蜗壳内压力脉动有显著影响。