本文的研究是在镇江市重点研发计划（GY2017001）的资助下开展的。离心泵叶轮内空化的发生会导致泵的扬程降低、效率下降,同时也会损坏叶轮等过流部件,甚至诱发强烈噪声,严重影响泵的正常运行与工作性能。叶片表面非光滑结构是一种有效控制空化的方法,不同非光滑结构的形态、布置位置、大小与布置密度对于空化的抑制效果都会有所不同。此外,非光滑结构对非空化状态下流体诱导噪声的抑制效果已初见成效,但空化状态下的降噪效果值得深入研究。因此,研究叶片表面非光滑结构对离心泵空化及噪声的影响具有十分重要的意义。本文以一台比转速为117.3的扭曲叶片离心泵为研究对象,通过理论分析、实验验证和数值模拟相结合的手段,对比了凹坑和凸台两种非光滑结构对离心泵空化性能的影响,探究了非光滑结构的最佳布置位置,优化了凸台布置参数,研究了未空化和空化状态下凸台非光滑结构对于流体诱导噪声的影响。主要研究内容和成果如下:1.总结了空化的产生原因及分类,概述了离心泵空化数值模拟方法的研究进展,分析了非光滑结构在空化抑制和降噪方面的应用。搭建闭式试验台,对离心泵空化流动数值模拟方法的准确性进行了验证,对常见湍流模型和空化模型的适用性进行了对比分析,发现运用SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型的模拟结果与实验值最为接近。2.对比分析了凹坑和凸台两种非光滑结构对离心泵空化性能的作用效果,发现各空化数下凸台对于离心泵内空泡体积的减小效果最明显。在此基础上,研究了叶片工作面和背面不同布置位置对空化特性曲线、空泡体积、压力分布和湍动能的影响。研究表明,凸台布置在工作面时离心泵扬程略有升高,而布置在背面扬程略有降低;凸台布置在叶片背面前缘1/3L处会诱发剪切空化早于片空化发生,为布置凸台的最不利位置;凸台布置在叶片工作面中间1/3L处,能够显著减小叶片表面附着空泡的覆盖面积,控制叶轮进口处低压区域的分布,改善叶轮内高湍动能的分布情况,对空化各阶段的抑制效果最佳。3.设计了25组正交试验,通过极差分析得到各因素对于凸台影响离心泵空化性能的主次顺序,发现凸台直径对于离心泵空泡体积影响最大。获得了凸台非光滑结构的最优布置参数,即半圆球凸台直径d=1.5mm、轴向间距u=2.25和径向间距v=2.5。继而重点研究了最优布置参数下离心泵空化性能的提升情况。结果表明,相比较原始模型,优化模型扬程上升3.2%左右、效率下降1.8%左右,布置凸台对于离心泵外特性未产生严重影响;优化模型的空泡分布、瞬时空泡体积以及低压区分布都有减小;小流量和额定流量下,空化发生时空泡最先出现在叶片背面,而大流量下最先出现在叶片工作面;凸台对于偏工况严重空化阶段的抑制效果最为明显。对离心泵内部各类型熵产进行对比,发现壁面熵产占叶轮内部总熵产的60%左右;空化发生后,离心泵壁面熵产和湍流熵产均有减小,凸台的布置使各类型熵产至少减小了20%。4.分别采用声学边界元以及声学边界元和结构有限元相结合的方法,研究了布置凸台前后离心泵内外声场流体诱导噪声情况。研究表明,随着频率不断增大,特征频率处的声压级逐渐减小,布置凸台能够有效减小空化前后特征频率处的声压级,空化前后等效连续声压级分别减小1.52d B、2.21d B。空化的发生使特征频率下的辐射声功率小幅增大,凸台对空化前后特征频率下的辐射声功率减小显著。此外,凸台的布置减小了内外声场的高声压值分布,使声压分布更为均匀。