水泵在小流量工况下运行时,因偏离设计点,叶轮中容易出现失速现象。失速团不断地产生和脱落会诱发压力脉动,使得水泵噪音增强,振动加剧,影响机组安全运行。本文采用大涡模拟方法对离心泵内的失速现象进行了较系统的研究。首先,建立了离心泵失速计算模型。针对离心泵失速流动特征,采用典型SGS模型对离心泵内部流动进行了计算,提出了适合离心泵失速的计算模型,构建了采用动态混合非线性模型(DMNM)求解失速流场的计算策略,为准确分析失速过程奠定了基础。其次,提出了离心泵中失速的表征参数及两种类型失速发生的条件。当叶片数为偶数时,会发生“交替失速”流动现象；当叶片数为奇数时,会发生“旋转失速”流动现象。在出现“交替失速”的前提下,随着叶片数增多,失速团的数量也随之增多,失速涡频率也随之变化；在出现“旋转失速”的前提下,随着叶片数增多,失速团的数量也随之增多,转速变大,失速涡频率也随之增大。第三,利用所建立的离心泵失速计算模型,分析了失速条件下叶轮流动结构及压力脉动特性,给出了两类失速状态下失速团的演变过程及其诱导的压力脉动变化规律。对于“交替失速”,失速团相对叶轮周向未发生旋转,但是失速流道主涡不断摆动,在下游分裂出出口涡。出口涡周期性地增长和脱落,在叶片上所产生的压力脉动表现为中心频率幅值较高的“宽带频率”；随着主涡的衰减,在主涡的上游还会分离成为一个面积较小的涡,并与主涡相互融合,主涡经历“衰减-分裂-融合-壮大”的周而复始过程,在叶片上产生的压力脉动表现出幅值较高的低频。对于“旋转失速”,失速团产生于叶片吸力面头部附近,沿圆周方向向叶片压力面运动,并逐渐衰减；当旋转失速发生以后,叶片上的压力脉动幅值远大于非失速工况,叶片上的压力脉动频率以失速涡频率为主。第四,研究了隔舌区域动静干涉和失速的相互作用,揭示了失速条件下隔舌区压力脉动传播机理。在小流量工况下,当叶轮中发生“交替失速”现象以后,叶轮流道通过隔舌处时会有“固定失速”的流动现象。在“交替失速”初始阶段,隔舌区“固定失速”对压力脉动的影响较弱,“交替失速”的影响占主导；而当流量进一步减小以后,隔舌区“固定失速”对压力脉动的影响占主导,削弱了“交替失速”的作用。而在叶片区压力脉动中,“固定失速”始终占主导,隔舌处强烈的动静干涉作用削弱了旋涡脱落所造成的低频,主要频率为转频及其谐频。本文取得的研究成果,为改善离心泵叶轮设计、提高离心泵在非设计工况下的运行稳定性具有指导意义。