本文的研究工作是在江苏省研究生创新基金“离心泵旋转失速及其流动诱导噪声研究”(CXZZ13-0673)及帕多瓦大学科研项目(NCPDA130025/13)的资助下展开的。对于目前常用的水泵水轮机,在水轮机工作模式及泵工作模式下稳定高效安全的运行范围是制约其发展的关键技术之一。在泵工作模式下,水泵水轮机可视作为一带导叶的离心泵,小流量非定常流动和大流量汽蚀是制约其稳定运行范围的主要因素。本文以一等比例缩小的两级水泵水轮机低压级为模型,通过试验性能曲线分析表明：在小于设计点流量运行时,模型泵的性能曲线分别在两个流量区间出现驼峰现象：0.45到0.70倍设计流量和小于0.4倍设计流量。其中,0.45到0.70倍设计流量区间内的驼峰直接制约了模型泵的稳定运行范围。因此,为了优化泵的稳定运行范围,本文通过试验和数值模拟方法研究该流量区间内非定常流动的发生、发展规律及其对模型泵特性曲线驼峰的影响。研究中首次采用频域分析法、连续小波变换分析法及高阶谱分析法相结合的方法,对离心泵内部动态压力信号进行分析,实现了基于动态压力信号诊断泵内非定常流动特征的目的。同时,考虑前后泵腔流动对流场的影响,基于试验数据建立了前后泵腔泄漏评估模型,将计算得到的不同流量下前后泵腔的泄漏量作为数值模拟的边界条件。研究表明,该数值模拟方法对离心泵内不稳定流场的预测具有较高的准确性,其结果能为该驼峰流量范围内的不稳定扰动发生、发展规律提供有价值的信息。并基于所提出的分析及研究方法,发现了引起0.45到0.70倍设计流量区间内驼峰的主要非定常流动结构,为优化泵的稳定运行范围提供有力的理论基础。本文试验研究主要包括：改造开式水泵水轮机试验台,使其适用于带导叶离心泵内部非定常流动的试验研究,并基于Labview和Matlab编写完成带导叶离心泵性能和瞬态压力特性的测量及后处理分析系统。该系统用于泵性能参数与压力信号的同步采集及时域、频域分析。同时,本文采用高压气泡作为流道内部非定常流动的示踪媒介,通过高速摄影仪拍摄示踪气泡在导叶流道内的非定常流动轨迹,定性分析了不同流量下导叶流道内的非定常流动特征。此外,本文借助数值模拟方法对模型泵该驼峰流量区间的流动进行了分析,对流场和流动诱导产生的声场开展数值预测。在采用高质量结构化网格进行计算的同时,加载由前后泵腔泄漏评估模型计算出的前后泵腔泄漏边界条件,在ANSYS-CFX中对流场进行计算,并基于Lighthill声比拟理论,应用ANSYS-CFX与LMS Virtual. Lab Acoustics混合求解法,计算了流场中偶极子声源在各特征频率下的强度分布。通过试验及数值模拟结果的对比分析,本文发现所研究的带导叶离心泵内部非定常流动具有以下发生、发展规律：(1)由于所研究模型泵采用了固定导叶的U型结构,即使在设计流量下,固定导叶前半部分的吸力面附近也会出现复杂的三维非定常流动,并包含多种不同周期的扰动。除了由动静干涉引起的周期性受迫扰动,该非定常流动中特征频率为St1=0.6625,非受迫周期性扰动的作用也较为明显。(2)通过偶极子声源分析可知,设计流量下模型泵流动诱导声源偶极子强度主要源于叶轮与导叶的动静干涉。同时,通过非定常流动对应特征频率下偶极子声源强度的分布,了解该非定流动在叶轮中的主要作用区域。(3)随着流量进入所研究的驼峰流量区,叶轮各流道内部开始出现相似的非定常流动结构,包括：各叶片吸力面喉部附近出现的周期频率为St2=0.335的流动分离,各叶片吸力面尾缘的尾迹,以及叶轮进口前缘在靠近前盖板附近出现的周期性非定常流动。(4)对于带二级反导叶模型泵性能曲线在0.45到0.7倍设计流量区间内出现的驼峰主要是由可调导叶进口及叶轮与可调导叶间隙内的非定常流动引起的。0.70倍设计流量到驼峰拐点0.6倍设计流量附近,可调导叶内流动除了动静干涉引起的受迫扰动外,还有另外两个显著的周期性不稳定扰动(St1=0.6625和St2=0.335)。其中,特征频率为St2=0.335的压力扰动源于叶轮叶片吸力面喉部附近的流动分离,主要引起导叶进口的流动分离；周期频率为St1=0.6625的压力扰动主要源于固定导叶前半部分吸力面附近的非定常流动结构,随着流量的减小,其作用加剧,与动静干涉的共同作用引起可调导叶后吸力面尾缘附近的旋转失速。以上两种非定常流动皆在近前泵腔附近的作用最强。(5)这两种流动在可调导叶吸力面喉部附近出现混合相互作用,并在近前盖板附近的径向截面上叶轮导叶间隙出现局部堵塞现象。当流量继续减小,在驼峰拐点流量附近(0.584倍设计流量),叶轮与导叶的间隙及流道内局部堵塞加剧,引起St2=0.335突然消失,St1=0.6625开始逐渐减弱。