随着我国工业的快速发展以及对绿色经济理念的日益重视,高效环保的液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)逐渐在清洁能源中占据了主导地位。作为LNG产业链中的核心装备,LNG潜液泵的性能和工作寿命关系到LNG产业的稳定发展。由于LNG为低温介质,在对其进行输运的过程中,泵体内极易出现空化现象。为了提高LNG潜液泵的抗汽蚀性能,常用的方法是在首级叶轮前加装诱导轮,从而达到提高泵的空化性能的目的。因此,诱导轮的空化性能对于整泵的空化性能具有重要影响。本文在江苏省重点研发计划(重点项目)(BE2015001-3)的资助下,针对LNG潜液泵诱导轮在温度敏感介质中的空化机理开展了研究,重点讨论了温度变化对空化发展的影响,对诱导轮在不同工况和不同介质中的空化特性及压力脉动特性进行了系统的分析,对改善诱导轮的空化稳定性提供了理论指导。本文主要工作及创新点如下:(1)常用的空化模型均是基于等温假设建立,无法满足液化天然气、液氮等这类物理性质对温度敏感的介质的模拟精度要求,本文在Merkle空化模型的基础上,结合B因子理论和Antoine方程,修正了Merkle空化模型中的饱和压力项,使其成为温度的函数,从而能够求解低温介质空化模拟中的热传递问题,并采用Hord的低温实验数据,验证了修正空化模型的准确性。(2)基于改进的考虑热力学效应的空化模型,分析了诱导轮在常温水和两种温度液氮中的水力性能和空化性能。在非空化工况下,诱导轮在液氮中的扬程和效率均高于常温水中的扬程和效率,可见诱导轮的水力性能在液氮中稍有提升;在空化工况下,定量分析了三种介质的空化特性曲线,与采用未修正Merkle模型得到的模拟结果相比,修正后Merkle模型得到的三种介质的必需汽蚀余量均有所下降,但是常温水的必需汽蚀余量下降百分比远小于液氮的数值,常温水中的空化热力学效应作用不明显。通过对比常温水和液氮中诱导轮的空化区域分布、空化形态、叶片载荷特性、轴向气相体积分数分布和轴向压力系数分布,深入分析了不同介质中的空化内流场,并对比液氮中的温降特性,揭示了诱导轮中热敏介质热力学效应的作用机理及影响因素。(3)采用非定常模拟的方法研究了诱导轮在常温水和液氮中的空泡形态演变规律,并从气相体积分数、压力、湍动能和流线等四个方面综合分析了诱导轮中空化内流场的瞬态变化特性,发现相同汽蚀余量下常温水中流场具有更明显的非定常特性。此外,基于空泡体积、空泡面积和径向力的对比分析,发现相同工况中常温水中的非均匀空化现象比在液氮中更严重,说明液氮中较强的热力学效应能够有效抑制空化的发展,从而减缓空化不稳定现象的发生。(4)针对诱导轮模型,以常温水为介质进行了一系列实验研究,包括外特性实验、空化性能实验、压力脉动测试及高速摄影实验,获得了诱导轮在常温水中的外特性曲线、空化性能曲线、压力脉动特性以及内部流场中流动状态的演变规律,并验证了模拟的准确性。实验结果表明,随着流量的增大,诱导轮中部测点处的压力脉动幅值先增大后减小,其余各个测点处的脉动幅值则是先减小后增大,并且低频信号的强度逐渐降低。在空化工况中,随着汽蚀余量的下降,主频向低频信号区域移动。在相同汽蚀余量中,随着流量的下降,低频信号数量及对应幅值不断升高。根据不同工况的高速摄影实验结果,发现空化初生位置为诱导轮的叶顶区域,当空化恶化时,叶顶泄漏涡空化发展成三角状云状空化,空化区域尾部不稳定性增强,出现垂直于叶片的脱落涡,加剧诱导轮叶顶处的空化,导致诱导轮空化水力不稳定性的出现。