轴流泵广泛应用于我国南水北调工程、大中型泵站和船舶喷水推进等国家重大战略工程。在轴流泵中，叶片顶端与转轮室内壁面间存在间隙，并在叶片工作面与背面压差作用下产生泄漏。叶顶泄漏流是影响主流流场，导致泄漏损失的根本原因。叶顶泄漏涡会带来轮缘处的空化空蚀和压力脉动现象，是影响泵的安全运行以及降低转轮部件寿命的重要原因。　　本文在国家自然科学基金项目“轴流泵叶顶泄漏涡的空化机理研究（项目编号为51109093）”等的资助下完成。本文研究对象为优秀轴流泵水力模型TJ04-ZL-02号等比例缩放的模型泵，基于数值模拟和试验研究两种手段，系统地分析了模型泵叶顶泄漏涡的流动结构以及瞬态特性，研究的主要内容及取得的成果如下:　　(1)对比研究了三种方案原方案，即PT、倒圆方案RT以及斜切方案CT的叶顶泄漏特性。相比于PT方案，RT方案的扬程和效率都略有下降，而CT方案的扬程和效率都略有升高。PT方案和CT方案间隙内部两端的速度差较大，而RT方案两者的速度差较小，间隙出口的泄漏速度WRT＞ WPT＞ WCT，间隙内部总体的湍动能分布表现为kCT＞kPT＞kRT。RT叶顶工作面处的修圆处理大大降低了角涡的大小，改善了间隙内的流动情况，但RT方案增加了泄漏量，形成较大的脱离涡和泄漏涡。CT方案叶顶的背面斜切后，间隙内的角涡更加明显，且间隙中形成较强的旋涡，但CT方案很好地控制并降低了泄漏涡的影响。RT方案使间隙内的压力场梯度平缓，但泄漏涡压力区压力最低，CT方案的低压区范围有所缩小。PT方案的临界空化数最小，CT方案次之，RT方案最大。由空泡体积分数分布得知，RT方案将会对空化的初生产生抑制作用，从而能降低其初生空化数，但当空化数较低时，其泄漏涡空化较为严重。CT方案角涡处容易发生空化，使得CT方案更容易初生空化，且空化数降低后会导致严重的间隙空化，但CT方案在一定程度上降低了泄漏涡空化的影响。　　(2)通过PIV试验手段，分别分析了模型泵在0.8Qopt，1.0Qopt，1.2Qopt三个工况下，泄漏涡在一个流道周期内的13个拍摄断面上的涡量场。结果表明在1.0Qopt工况下，泄漏涡的产生前会伴随着反向的诱导涡的出现。泄漏涡不断地生长，范围不断增大，在上游产生与其有相同转向的扩散涡带。泄漏涡主涡与叶顶间会产生连续的旋涡，其范围小于泄漏涡主涡，随后泄漏涡向上游耗散并消失。根据其涡心轨迹可以看出，泄漏涡随着主流不断向下游移动。在0.8 Qopt工况下，总体涡量场显著的小于前者。其泄漏涡结构首次出现在P5拍摄面上，泄漏涡发展到P9拍摄面，随着旋涡的耗散，泄漏涡结构已经较为模糊，涡心轨迹与额定工况比较更加偏离叶片背面。在1.2 Qopt工况下，总体涡量场大于额定工况。其泄漏涡结构首次出现在P6拍摄面上，泄漏涡的起点位置与额定工况比较发生后移。随着泄漏涡的范围的扩大，泄漏涡与叶顶之间的分离涡连成一片，该工况下泄漏涡的涡心轨迹更加偏向叶片背面。　　(3)通过大涡模拟的手段研究了模型泵在额定工况下的叶顶间隙泄漏流瞬态特性和泄漏涡瞬态特性。对于叶顶泄漏流，随着弦长系数的增加，间隙压差和泄漏速度都成下降趋势。不同的弦长断面上的压差系数p*和间隙泄漏速度系数w*都呈现出周期性的瞬态波动，其波动的频率远大于叶轮的转频和叶频。总结出了间隙泄漏流的脉动机理:1）压差的上升带来了泄漏速度的提高，随着泄漏的加速，又反过来削弱了压差的增加。2）压差的增加受到削弱后，压差开始减弱，但压差的变化还不足以抑制此时的泄漏速度的上升。3）压差的减弱，紧接着带来泄漏速度的下降，泄漏速度的下降又会反过来削弱压差的减弱。4）随后压差开始增强，开始抑制速度的下降，同样压差的变化还不足以抑制此时的泄漏速度的下降。间隙的压差和泄漏速度构成了相互促进，同时又相互制约的关系，从而形成了叶顶间隙内泄漏的瞬态特性。分析泄漏涡的空间涡结构得出，泄漏主涡的长度、强度以及空间位置都具有波动的瞬态特性。而二级涡等一系列涡团则表现为生长—耗散—生长的动态特性，耗散出去的涡带向叶片出口下方移动，转化为尺度更小的涡丝从而消失殆尽。平面泄漏涡瞬态演化的基本现象如下:反向的间隙泄漏流与主流的掺混、卷吸成TLV;叶片的移动伴随着泄漏流不停的流出，刚从间隙中出来的脱离旋涡具有较高的涡量，脱离涡远离叶片并形成二级泄漏涡、三级泄漏涡等;在泄漏涡之间或者主涡旁，由于流体粘性作用会诱导出与之反向的诱导涡;不同级数的泄漏涡与主涡混合，或各自混合，且随着时间的推移涡量大小不断减小，范围不断扩大，直至完全耗散在主流中。涡心的瞬态特性导致监测点会产生偏差，但各个面上的监测点主频与次频表现为固定的几个频率值，这些频率值受间隙脉动以及叶轮转动等综合因素的影响。但这与监测点当时所处的位置有着直接的关系，可见泄漏涡涡心周围的不同位置的脉动情况不一样，即表现出不同的主频与次频。