离心式泥泵大量应用于疏浚、建筑和矿山开采等行业,工作环境恶劣,经常运行于非设计工况,有时发生空化现象,挟沙空化非定常流动现象,影响机组安全运行,导致泥泵失效。泥泵挟沙空化流动现象及其非定常特性的机理研究具有重要的理论和工程实用意义。本文针对泥泵内的挟沙空化流动,进行了水沙汽相间动量交换和水汽质量交换的理论分析与建模,分析了液固气三相间的力作用方式,建立了描述三相流动的控制方程;考虑空化可压缩性与固相湍流扩散对湍流粘度的影响,修正了SAS-SST模型中的涡粘系数;基于空化试验结果对空化模型中的汽化系数进行了敏感性分析并对其取值进行了修正。对泥泵输送清水介质时不同流量及不同空化条件下的扬程脉动特性、叶轮内部流动分离特性、压力脉动特性及非定常空化特性开展了数值模拟研究,发现小流量工况下叶轮内的流动分离特性来自有限叶片数效应、叶道内逆压梯度及叶轮出口外不对称蜗壳的联合作用。发生空化后叶轮内流动分离程度下降,设计流量及小流量工况下,叶轮内分离涡的对称性有所改善;空泡体积的脉动过程直接影响了压力脉动与扬程脉动的频率及幅度。对泥泵输送挟沙水流时不同沙粒浓度与粒径下的能量性能变化规律、扬程脉动特性、叶轮内部两相流场结构及压力脉动特性等开展了数值模拟研究,发现沙粒的存在会导致扬程曲线在流量低于50%设计流量时出现“正斜率”特征,且流量、沙粒浓度、粒径等因素综合影响了叶轮内分离涡的位置、尺度、周向传播速度及压力脉动特性。在扬程的“正斜率”区,叶轮流场对称性随沙粒浓度与粒径的增大而变差。对泥泵输送挟沙水流时不同流量下的非定常空化流场进行了数值模拟研究,发现沙粒的存在加速了空化的发生与发展。受叶轮内沙粒分布的不对称性及非定常变化特性的影响,空泡分布的对称性及空泡体积的脉动规律与清水时明显不同;同时,空泡与沙粒联合作用改变了叶轮内的压力脉动特性。设计流量及更小流量工况下,挟沙空化流动增加了泥泵工作的不稳定性。