双吸离心泵具有高扬程、大流量等特点,广泛应用于农业灌溉、跨流域调水和工业循环水等领域。工程中常用切割叶轮的方法改变双吸离心泵的性能,但切割叶轮改变了叶轮的几何形状,对泵运行的稳定性造成严重影响,不仅导致振动噪声加剧,且在小流量运行时还会出现迟滞效应。本文在国家自然科学基金面上项目(51879121)和江苏省自然科学基金青年基金项目(BK20190851)的资助下,以一台双吸离心泵为研究对象,采用试验与数值模拟相结合的方法,对叶轮切割3%、6%及9%前后的非定常内流特性进行研究,结合熵产理论深入探究了叶轮切割后能量损失和效率下降的原因,并对叶轮切割后迟滞效应区不稳定流动特性进行了研究。本文的主要工作和创新成果如下:(1)对双吸离心泵的压力脉动特性进行了试验研究,研究结果表明吸水室和压水室监测点由于动静干涉作用,压力脉动的主频为叶片通过频率。在0.6-0.8Q_d工况下由于叶轮进口回流的大幅度变化,压力脉动的幅值出现非线性变化。小流量工况泵出口流动相对均匀,受动静干涉作用影响较小,压力脉动以轴频为主,流量增大后主频转变为叶频,由于大流量工况压水室扩散管中存在流动分离和二次流,泵出口存在大量低频压力脉动。(2)对叶轮切割后泵的外特性进行了研究,发现叶轮切割6%和9%时小流量工况扬程曲线出现了不连续现象。流量较大时效率随切割量增加下降明显,泵的高效区缩窄,但最高效率均出现在原型泵的设计流量下。切割后动静干涉作用减弱,并造成叶轮出口液流角增大,小流量工况叶轮和压水室内流变得均匀,但大流量工况下液流角过大造成压水室扩散管中二次流加剧、泵出口流道严重堵塞。同时泵内部压力脉动总体减弱,但压水室扩散管中的压力脉动强度上升,造成出水管路振动加剧。(3)通过计算过流部件进出口总压差估算了水力损失,发现吸水室和叶轮中的损失在小流量工况较高,但叶轮切割后变化不大。压水室中的水力损失在偏离最高效率点时较高,叶轮切割后小流量工况损失减小,大流量工况下损失陡增。由于切割后泵输入功率下降,损失能量在输入能量中的占比上升,造成泵效率下降。(4)首次使用熵产理论对双吸离心泵叶轮切割前后的能量耗散分布进行了分析,找到了叶轮切割后大流量工况效率大幅下降的原因。研究发现压水室大流量工况下能量损失的主要原因是隔舌附近发生流动分离及扩散管中二次流与主流相互混合,切割叶轮导致流动分离和二次流加剧,造成压水室中水力损失陡增、泵效率大幅度下降。(5)对切割6%模型研究后发现叶轮进口前盖板处回流的大幅度变化导致了扬程曲线出现间断,并且在间断点附近出现了迟滞效应。使用非定常数值模拟方法对流量增减两个瞬态过程进行了计算,在特定流量变化速率下泵的扬程曲线呈现出典型的迟滞效应特征。对内流进行研究后发现该现象主要原因是吸水室中的旋涡及叶轮进口前盖板处的回流,由于迟滞效应两段准稳态过程中回流的形态差异较大,造成泵扬程出现差别,同时旋涡和回流的突变导致了扬程曲线的突变。(6)首次使用小波分析方法对迟滞效应区压力脉动的时频域特性进行了研究,发现迟滞效应不同阶段压力脉动的差异体现在频率不高于轴频的低频信号上。流量减小过程中,经过失稳临界点时流态的突变伴随着低频脉动的升高,但压力脉动的变化和流态与扬程的突变相比有所滞后,在流态发生突变一段时间后压力脉动才发生改变,而流量增加的过程中,低频脉动先于流态发生改变。