水泵作为一种能量转换机械,应用领域非常广泛。随着国家经济和国防建设的快速发展,水泵的应用场景变得越来越多样化,对水泵高效稳定运行的需求也不再局限于设计工况。然而,水泵在偏离设计工况点运行时,叶轮中极易发生失速现象,导致水泵扬程骤降、振动加剧,影响机组正常运行。因此,本文以一台导叶式混流泵为研究对象,采用数值模拟与可视化试验相结合的方法,探究了混流泵失速初生机理,分析了失速工况下叶片数对混流泵性能的影响,提出了预测混流泵失速的方法和数学模型,最后通过能量特性和PIV试验验证了数值计算结果。研究成果可为深刻理解水泵失速现象以及预测失速发生提供参考,具有一定的学术价值。本文主要研究内容和研究成果如下:（1）建立了3、4、5三种叶轮叶片数的混流泵模型,以4叶片为例研究了混流泵失速流动形态及失速初生机理。研究结果表明,失速涡呈“龙卷风”状在流道内逆时针旋转,其横剖面流线呈“目”形。流量减小是失速涡形成的先决条件。流道堵塞导致叶尖攻角增大是失速涡形成的直接诱因。尾缘失速涡和叶尖泄漏涡的形成均源于聚集在进口叶尖处的低能流体在吸力面产生的流动分离。（2）对不同叶片数混流泵的性能进行了研究,包括能量特性、失速流动形态、熵产损失、失速涡传播以及压力脉动特性。研究结果表明,扬程与叶片数成正比,4、5叶片混流泵扬程曲线出现明显的“马鞍区”,而3叶片没有出现。叶片数越多,湍流熵产越大。步入深度失速时,叶轮熵产损失陡增,而导叶熵产损失略有减少。叶轮熵产率较高的区域与失速涡的位置非常吻合。越靠近叶顶和失速涡所在位置,熵产率越大。随着叶轮旋转,失速涡经历了“初生-发展-减弱-消散-重生”的过程。相比于4叶片,5叶片叶轮的失速涡传播更加复杂。叶轮流道的压降特性基本可以反映失速涡个数、强度及传播速度等信息。失速越严重,压降幅度越大,压降传播越复杂。5叶片叶轮的压降比4叶片更剧烈,压降个数更多,且压降传播更加复杂。压力脉动主频和振幅较高的次频均为小于0.5倍叶频的低频。深度失速工况下,5叶片叶轮各流道主频幅值均显著增大,且高振幅次频明显增多。（3）探索了混流泵失速的预测方法,提出了基于叶轮叶顶区进出口相对速度减速率的KT模型。研究结果表明,叶顶区平均速度在预测泵内不稳定流动方面对流量具有较高的灵敏度。KT曲线在4、5叶片叶轮的深度失速工况点具有显著的“尖峰”特征。KT模型能够很好地预测混流泵失速是否发生以及发生失速的工况点。（4）建立了混流泵能量特性和PIV试验台,对4叶片混流泵进行了能量特性和PIV试验。研究结果表明,大多数流量工况下,数值模拟与试验的能量特性曲线差别很小,且变化趋势高度一致。数值模拟可以精确地捕捉到混流泵动静干涉区和叶顶区的整体流场结构,图像显示的旋涡结构位置和监测线上的流速变化与PIV试验十分接近。不同工况、不同测量区域、不同相位截面下,目标区域内流场的数值模拟结果与PIV试验测量结果均具有较高的吻合度,验证了数值模拟的可靠性和湍流模型的适用性。