混流泵具有流量大、高效区宽、抗汽蚀性能强等优点,广泛应用于水利、农田、市政工程、航天等领域,在国民经济建设中具有重要作用。混流泵在运行过程中,由于叶片轮缘与转轮室之间存在着间隙,因此会产生轮缘泄漏流,泄漏流干扰主流运动,与主流混掺会形成轮缘泄漏涡,容易诱发流动失稳,影响泵的稳定性。同时,混流泵在小流量工况时容易发生旋转失速现象,不仅会造成混流泵性能下降,严重时还会导致流体激振,造成机组安全隐患。研究发现,轮缘泄漏流与流动失稳时出现的旋转失速现象存在着密切关系,因此,研究混流泵轮缘泄漏流及近失速特性对探索流动失稳机制,揭示泄漏流与旋转失速的内在联系具有重要意义,同时为抑制旋转失速现象提供了新的思路。本文在国家自然基金项目“近失速工况下混流泵轮缘泄漏流的动力学行为及失稳机制(项目编号:51679111)”等的资助下完成,通过改变轮缘间隙对一台低比转速导叶式混流泵进行了研究。本文的主要研究工作和取得的成果如下:(1)分别建立了0.2mm、0.5mm、0.8mm三种轮缘间隙混流泵模型,基于数值方法对不同轮缘间隙下混流泵的外特性、泄漏量、泄漏流和泄漏涡的形态轨迹及对叶轮进口流场的影响进行了分析。研究结果表明,不同间隙下外特性曲线都存在正斜率特性,且发生失速的工况点基本一致。间隙越大,泄漏量越大,泄漏量的变化规律与泄漏流的形态轨迹存在一定的对应关系。近失速工况时,叶轮进口流场受到泄漏流影响较大,但相邻叶片前缘处和当前叶片前缘处进口流场受到的影响机制不同。同时,叶轮出口处泄漏涡的结构也发生了较大变化,从而造成了流道的堵塞,且间隙越大,旋涡越大,堵塞作用也越强。(2)研究不同轮缘间隙下混流泵的近失速特性,分析了轮缘泄漏流和泄漏涡的非定常空间结构和时间特征。研究结果表明,失速核位于叶轮出口处,且会从相邻叶片的前缘处传播到下个流道,沿着叶片旋转方向的反方向发展传播。失速流道内的压力梯度较大,能量损失也较大,同时也会对导叶流道产生影响。当δ>0.2mm时,失速核由一个变成了两个,且在相邻的两个流道内,失速核的传播机理趋于复杂。当δ=0.8mm时,传播周期有所减小。当流道从失速状态变成非失速状态时,泄漏流也从一种状态变成了另一种状态,泄漏流可以作为表观失速的一种形式,较好地反映了发生旋转失速时泵内的流动情况。(3)研究不同轮缘间隙下混流泵失速核所在位置处不同监测点压力脉动的时域和频域特性。研究结果表明,近失速工况时,相邻监测点之间的压力脉动时域曲线呈现出了较大的相位差,与失速核的传播周期相一致。时域曲线上出现了强烈的压降,该低压特性就是近失速时压力脉动曲线的主要传播特性。随着间隙的增大,由于失速核的传播机理趋于复杂,在压力脉动时域曲线的一个周期内出现了两次波谷。近失速工况时监测点压力脉动频域曲线的主频均为0.2f_n,即失速频率,且在出口中部监测点Y8的频域曲线主频幅值最大。(4)通过外特性和PIV试验,对数值模拟的可靠性进行了验证,同时分析了间隙大小对混流泵叶轮和导叶动静干涉区流场的影响,并探讨了近失速工况下流场的特征。研究结果表明,数值模拟的扬程和效率与试验结果吻合较好,不同相位截面流场的数值模拟结果与试验结果的吻合度较高,因此模拟结果具有较高的可信度。近失速工况时,由于受到了上级叶片出口处轮缘泄漏涡的影响,从叶轮出口到导叶进口,流线都呈现出了接近90°的夹角,且间隙越大,夹角越小。