喷水推进是一种特殊的船舶推进方式,利用喷水推进器喷出水流的反作用力推动船舶前进,是目前军用与民用较为广泛的一种船舶动力装置,具有推进效率高、操纵性好等众多优点,喷水推进泵是喷水推进器内最主要的组成部分,其性能是决定推进器效率与推力的关键,喷水推进泵流道宽、叶轮短,内流场十分复杂,在运行的过程中极易产生旋涡结构,旋涡结构与叶轮-导叶的匹配性、边界层二次流的流动等息息相关,涡结构演化还会引发内流场能量损失、旋转失速等众多问题,是制约喷水推进器推力与推进效率的关键因素。另外,在船舶航行过程中,一般采用增大转速的方式提升航速,转速的增加必定会引起空化,进而导致推力的下降。旋涡与空化有着密不可分的关系,涡流会引起内流场产生局部低压区,而空化现象的本质是当局部压力降低时,若低压区的饱和蒸汽温度低于环境温度,则会产生空泡。因此,开展喷水推进泵内涡结构演化规律及空化对涡结构的影响研究具有重要的理论和工程实际意义。本文以某企业生产的型号为SYP-23的混流式喷水推进泵为研究对象,对其内流场进行大涡模拟,分析其内涡结构的演化规律,并对空化情况下的旋涡结构特征进行分析,主要研究工作和结论如下:1.对不同涡识别方法的判断依据进行分析,并选取Q准则与Ω方法对喷水推进泵内流场涡结构进行识别。研究发现,Q准则在高速旋转的部件中,会将高强度的剪切层误识别为涡结构,而Ω识别方法能很好地解决这一问题,因此Ω识别方法更适用于本课题对涡结构演化规律的研究。2.对喷水推进泵内典型涡结构的演化规律进行分析,包括进口附着涡、通道涡、尾缘涡、叶顶泄漏涡、通道涡与导叶内的涡结构等,并设置不同叶顶间隙进行对比,研究发现随着叶顶间隙的增大,叶顶泄漏涡的强度逐渐增大,并逐渐发展为影响整个流场的最主要的涡结构,随叶顶泄漏涡的增强,叶轮中其他涡结构的多样性明显降低。3.对喷水推进泵内空化流动特性及空化对涡结构的影响进行分析,研究发现,空化先发生于叶片背面近轮缘侧,空化发生后压缩膨胀项与斜压矩项都对涡量场有一定影响,但两者与起主要作用拉伸扭曲项有接近一个能量级的差距;背面进口附着涡显著减少,工作面进口附着涡增多;叶顶泄漏涡的整体趋势变化不大,强度有所增长;尾缘涡减弱,进口通道涡尺度减小但产生位置有所增加;导叶的整流能力降低,涡结构明显增多。随着空化数的降低,内流场涡结构所受影响逐步加深,进口附着涡整体活性持续减弱,但工作面附着涡数量有所提升;尾缘涡由减弱状态逐步增强;进口通道涡随空化数的降低逐渐消失,但流道内众多小涡团对叶道造成了较大的阻碍作用,导叶内大涡团数量随空化数降低逐渐提升,整流能力持续降低。