空化问题一直以来就是困扰水力机械发展的难题,因为空化现象的发生必然会影响离心泵内流体非定常特性和动态响应特性,动态响应特性变化具体指的是非稳态力的迅速上升。不稳定空化还会诱导振动噪声,造成的流量和压力波动会对叶轮转子和管道的稳定运行构成威胁。目前对空化所诱导的非定常流体激励及其产生的振动影响与其内部流动特征的内在联系并不明确,当离心泵偏工况下发生空化时,其内部流动特征就更加复杂,所以有必要对不同流量工况、不同空化程度下离心泵内部不稳定流动及其产生的流体激励对振动特性影响进行深入研究。针对上述问题,本文通过外特性、压力脉动和振动实验,同时建立全流场模型、叶轮转子模型进行数值模拟和流固耦合计算,对不同流量工况、不同空化程度下离心泵内部流动特性、压力脉动特性和流体激振特性展开研究,进而分析内部流动特性和振动特性的关联。主要研究内容如下:（1）通过对离心泵全流场域和叶轮转子域进行建模,运用ANSYS CFX、Workbench等软件进行空化数值模拟。分析数值模拟结果的外特性和空化性能,并通过实验结果来验证其准确性。（2）通过数值模拟来分析不同流量、不同空化程度离心泵的性能和内部不稳定流动,发现扬程会随着空化的发展逐渐降低,空化发展带来的压力变化,导致叶片前缘表面压力载荷逐渐减小,当叶片前缘的低压面积到达临界值时,叶片会失去做功能力,从而导致在临界空化状态时扬程突然断裂。随着空化的发展,空化气泡体积和Omega高速涡团会同时增大,都从吸力面前缘开始逐渐占据叶轮流道,两者的体积形状也逐渐相似。空化的发展还会引起涡量的增加,其中拉伸项、涨缩项和斜压矩项的增加是造成空化时涡量变化的主要原因。空化造成的不稳定流动引起内部较大的流动损失,随着空化发展,离心泵内部总熵产会逐渐增加,而离心泵前后腔体的能量损失却会慢慢降低,其中叶轮流域的能量损失占比最大,并会逐渐增长。（3）通过分析不同流量,不同空化程度下的压力脉动和瞬态流体激励力变化规律,发现空化发展会使得离心泵内压力剧烈波动,由于蜗壳本身的不对称性和动静干涉作用,蜗壳上游和下游测点压力波动幅值较大。时频域上表现为压力脉动极差值的增加和主频叶频幅值的增加,各频段的压力脉动RMS值都与空化发展呈现出正相关特性,并且在恶劣空化时高频段的压力脉动受空化的影响较大。叶轮流道内叶片前缘测点的压力脉动会随着空化的发展减小,而靠近叶轮出口和隔舌处测点的压力脉动会增加。随着空化的发展,使得时域上蜗壳和叶轮上的平均径向力减小,但其波峰波谷特性会更加显著,频域上表现为叶频和低频段幅值增加,空化加剧了压力脉动和流体激励力的变化程度。（4）通过单相流固耦合数值模拟和实验结果,分析不同流量、不同空化程度下的叶轮转子振动规律,并研究内部流动与振动之间的关联特性。结果发现,空化会导致叶轮转子振动能量的增加,同时还会引起等效应力的增加。通过利用多项式拟合的方法,发现三阶多项式在拟合涡量与熵产时,具有较好的拟合优度。并总结出空化时振动的发展规律是振动能量会先增大后又逐渐平稳,在临界空化点之后又迅速增加的过程。通过对压力脉动、径向力以及振动加速度关联研究,发现三者的主频都是叶频,并都会随着空化的发展增加,具有较强的正相关特性。同时压力脉动频域上的RMS与振动能量也具有较好的拟合优度和同样的三阶多项式变化规律。