混流泵兼具流量大与扬程高的优点,广泛应用于南水北调工程、农业灌溉、喷水推进、水下鱼雷发射等领域。随着混流泵应用领域的拓展,其瞬态性能已经受到人们的广泛关注,特别是在启动过程中发生的流量、压力等冲击效应会对整个机组系统造成巨大危害。因此,本文以一台导叶式混流泵启动过程的瞬态性能研究为出发点,基于理论推导、数值计算和试验测量,揭示了混流泵启动过程内流场的演化规律和瞬态特性,研究成果将为应用于启动这一特殊过程的水力机械优化设计提供参考。本文主要工作内容与研究成果如下:(1)基于转矩能量平衡方程与相对伯努利方程,推导了混流泵启动过程瞬态扬程表达式,建立了瞬态预测理论模型,研究了启动时间对线性启动与指数启动规律下瞬态扬程、扭矩、效率的影响以及马鞍区对瞬态特性的影响。研究结果表明,线性启动的冲击特性在启动初始与结束时均有所体现并随着启动时间的增加逐渐减弱。启动初期外特性主要受加速项的影响,后期流动惯性的影响占主导。指数启动的冲击现象主要体现在启动初始时刻,且启动时间越短,启动瞬间越易引发功率过载,启动过程受到加速项的持续影响。此外,马鞍区对指数启动过程的影响并不明显,而对线性启动过程影响显著。(2)对比分析了闸阀与弯管在稳态与启动过程瞬态条件下的管阻特性以及内流场演化。研究结果表明,启动过程中闸阀与弯管内的压降均大于对应准稳态下的压降。启动过程中管路损失以流体惯性项导致的损失为主,启动结束后以闸阀和弯管内的水力损失为主。随着启动过程中流量增加,阀板后上方间隙流动增强,对阀板下游主流排挤作用增大,阀板后主流扩散角逐渐减小。由于惯性与离心力的共同作用,弯管内高压区由进口均匀分布逐渐向外径收缩。高速区主要受阀后高速流体与惯性影响,由内径区域向外径处集中。(3)对比分析混流泵瞬态与准稳态速度矢量,探究了启动过程瞬态压力演化、轮缘间隙泄漏流形态轨迹以及进口管回流特性。研究结果表明,启动初始时刻泄漏流在叶轮内循环流动,角加速度使静压做功增加且水力损失相比于准稳态较小,瞬态扬程高于准稳态值。随着转速上升,加速惯性力作用减弱,轴向旋涡产生并形成进口回流与二次出流,出口附近轮缘泄漏流随二次流沿着压力面螺旋式流出。吸力面低压区逐渐形成分离涡,并对泄漏流造成卷吸作用,在压力面进口形成低压区域,水力损失较大,并且由于流体加速所消耗的能量增加,瞬态扬程低于准稳态扬程。此外,由于有限叶片数和低转速引起的叶轮做功能力不足以及分离涡的影响,进口回流强度和回流对主流的卷吸作用先增强后减弱。各截面(在回流涡范围内)的涡核分布先收缩后分散。(4)建立了混流泵启动过程瞬态外特性和压力脉动测量系统,验证了理论分析与数值计算的准确性,探究了不同启动时间和不同管阻下瞬态压力脉动的时频特性。研究结果表明,本文所采用的理论和数值计算方法准确可靠。启动结束时刻,由角加速度与低工况运行共同引起的冲击现象与管阻大小和启动时间有关。管阻一定时,启动时间越小,压力冲击越显著;启动时间一定时,管阻越小,进口压力冲击逐渐减弱甚至消失,而叶轮中部与出口的压力冲击愈加明显。对于快速启动,管阻对启动过程瞬态压力变化无影响,在启动结束后管阻对压力变化影响开始显现;对于慢速启动,管阻对启动特性的影响在启动过程便有显著体现。启动过程中,叶轮主频为叶频及其倍频,其变化趋势与转速变化一致。快速启动条件下,在启动结束时刻主频尺度存在由压力冲击造成的极大值。