轴流式冷却循环泵是核动力舰船冷却子系统中的核心旋转部件之一,当其运行于小流量工况时,尤其是失速工况,泵内非稳定流动诱发的低频振动和噪声严重危害着系统的安全性。本文在中国博士后科学基金项目（No:2017M611722）和江苏省博士后科研资助计划项目（No.1701054B）的资助下,以某型舰船用轴流式循环模型泵为研究对象,通过数值计算和试验测量对典型工况下模型泵内流动特征、压力脉动和振动特性进行较为全面的研究和对比分析。论文的主要研究工作及获得的研究成果如下:1.依据设计参数开展模型泵水力优化设计并精密加工成型;构建闭式回路系统,开展模型泵多工况下性能参数、压力脉动和振动信号的同步测量。试验测量结果表明:临界失速和深度失速时其流量分别为最优工况流量的0.63和0.42倍;模型泵运行流量大于临界失速流量时,压力脉动信号呈明显的周期性,运行于失速区时其激励信号的周期性呈减弱趋势。2.采用大涡模拟方法对典型工况下模型泵内三维非定常流动进行数值计算,结合流动均匀性指标、BVF诊断、极限流线、Q准则识别等方法,对进口流动、叶轮区典型涡结构、叶轮内相对速度的变化规律进行了重点分析。研究表明:在临界失速工况下,叶轮进口流动主要受轮缘泄漏涡影响,其典型流动结构是进口轮缘回流、出口轮毂回流以及吸力面出口斜流,在叶轮0.5倍叶高以上区域发生强非稳流动;在深度失速工况下,叶轮进口流动主要由轮缘泄漏涡和进口回流涡耦合影响,其典型流动结构是出现贯穿叶轮流道的通道涡,通道涡的运动速度约为叶轮旋转速度的3/4。3.结合试验测量和LES数值计算结果,对典型工况下模型泵内压力脉动信号进行处理和分析,获得了压力脉动频域信号的典型特征以及特征频率处幅值、多频段内RMS值随流量的变化规律。研究表明:在泵进口截面上,压力脉动的主要特征频率为叶频及其二次谐波,在失速工况（0.58Q_N）下出现通道涡频率0.74f_R,在0^f_BPF和0^f_R频域范围内压力脉动RMS的最小值点对应最优工况;在叶轮进口截面上,临界失速工况时的压力脉动幅值明显大于最优工况和深度失速工况;在叶轮旋转中心截面上,主要特征频率为叶频及其高次谐波,叶频处压力脉动系数于深度失速工况时取得最小值;在叶轮出口截面上,主要特征频率为叶频;导叶内压力脉动信号沿周向分布不均匀,尤其是出口弯管内侧对应流道。4.采用LMS振动测试系统对典型工况下的振动加速度信号进行分析,揭示了主要特征频率以及振动总能量、多频段内振动加速度RMS值随流量的变化规律。研究表明:模型泵运行于非失速工况时（大于0.63Q_N）,泵进口、叶轮出口和泵出口处的振动总能量随流量的减小基本呈线性递增趋势;运行于失速区时,其振动总能量随着流量的减小均呈先上升、后下降的变化趋势;在模型泵进口、叶轮出口和导叶出口处,垂直方向上产生的振动对低频振动水平的贡献度最大,在模型泵弯管出口处轴向产生的振动对低频振动水平的贡献度最大。