离心泵广泛应用于各类工业过程系统,其内部流场结构非常复杂,流体流动存在非定常流动现象,这导致产生了复杂的水力激励,造成了泵运行状态的不稳定,加剧能量耗散,使得其性能不足。所以研究离心泵内部非定常激励机制具有重要意义。在自然界中普遍存在的流体流动都伴随着旋涡的形成与溃灭,离心泵内部流动也是有涡运动,泵内流动的非常定激励与其流道内的旋涡生成及演化密切相关。为了探究泵内非定常流动特性及其激励机制与瞬变流动特性,本文以某型单级离心泵为研究对象,进行了以下研究:首先,依据离心泵设计参数,对其过流部件进行设计,借助Pro/E软件建立离心泵计算域模型。采用ICEM软件对计算域划分结构化网格网格并验证其无关性。运用Fluent软件对泵内流场进行数值计算,并且对模型泵进行外特性试验,结果表明两者所得外特性曲线变化规律一致。在小流量工况时,叶轮背面靠近前盖板处存在尾流结构,此处流动复杂,湍流脉动较强,湍动能数值较高。在大流量工况下,流场压力与速度分布均匀性较小流量时有所改善,但是在隔舌与扩散段相交区域会形成黏性尾流结构,发生回流与流动分离现象,湍动能数值较高。其次,发现Omega涡识别方法与其他涡识别方法相比优势明显,其涡识别结果对阈值变化不敏感,且具有明确的物理意义;相比SST k-ω与DDES湍流模型,LES湍流模型捕捉旋涡信息更加丰富,涡识别结果更加细致。选用LES模型与Omega方法,对离心泵内非定常涡结构及其流动进行研究。结果表明,非定常压力脉动时域信号呈现周期性变化,压力脉动频域信号峰值都对应在一倍叶频处,说明叶频为压力脉动的主要激励。小流量条件下压力脉动加剧,此时流场涡面积数值较大,表明旋涡数量与非定常流场脉动强度密切相关。通过流场涡结构的识别可以更加形象的展示泵内流场特性,较传统的流场分析,其最大的优势为可以从流体涡运动的角度去展现了流动状态。隔舌处的涡运动主要表现为按照叶频运动规律脱落并且撞击隔舌而破裂,表明此处的干涉作用是由涡团周期性的脱落并撞击隔舌所激励的。最后,对离心泵闭式管路系统瞬态卡转子过程进行研究。结果表明,发生瞬态卡转子时,泵进、出口压力及径向力均发生变化,在转子线性卡滞模式中,卡滞时间越短,各项数值突变越急剧;在转子指数卡滞模式下,各项数值突变与线性卡滞相比变化更为剧烈。转子线性卡滞过程t=0.01s中,泵出口弯管处受力变化更加复杂,弯管处断面半径越大所受压力越大,在系统安全性分析时应重点关注弯管处受力;随着转子卡滞的进行,泵内涡结构逐步减少,当转子转速下降为零时,流体输运基本停止,叶轮内涡结构连续性较差,分布杂乱。