轴流式循环泵是现代舰船循环水系统中的关键水力部件之一。当舰船航速满足一定要求时,循环泵运行于自流工况,具有低速、从动旋转特点。自流工况下循环泵内非稳态内流特征以及激励特性异于常规工况,对其自流特性的掌握是提升循环泵综合技术指标、保障循环水系统安全稳定运行的重要基础。本文以某型舰船用低比转速轴流式循环泵为研究对象,基于试验测量和数值计算对不同运行工况下模型泵的自流性能、非稳态内流特征及激励特性展开研究。论文主要研究工作及研究成果如下:1.基于构建的DN200闭式回路试验系统,对不同自流工况下模型泵自流性能参数及压力脉动信号进行测量,获得了自流工况下模型泵的性能,分析了自流性能参数测量值的不确定度,从模型泵自流转速及压力脉动两方面验证了数值计算的有效性。研究表明:试验系统测得的参数精度满足GB/T 3216-2016中1级精度要求,模型泵自流转速、自流损失及自流损失系数随自流流量的增加分别呈线性递增、指数递增及先快速减小后趋于稳定的变化趋势;设计流量下,自流工况对应的叶轮转速远小于常规工况对应值。2.采用大涡模拟(LES)方法对不同自流工况下模型泵内非稳态流动进行数值计算,运用BVF和极限流线法对叶片表面流动特征进行分析,结合泵内流线分布以及特征涡演变过程,分析探讨了自流工况下泵内非稳态内流特征。研究表明:叶片压力面上BVF正、负峰值区域随自流流量的增加呈递增趋势,叶片压力面距进口边约1/5弦长近轮毂处发生的流动分离以及两侧的回流现象是自流工况下叶片表面的典型流动特征;叶轮内分离流动的发生程度从轮毂至轮缘呈增强趋势,导叶内分离流动的发生程度以及分离涡尺度从轮毂至轮缘呈减弱趋势;叶轮内分离流动的发生程度随自流流量增加无明显变化,导叶内分离流动的发生程度以及分离涡尺度随自流流量的增加呈减弱趋势;导叶内大尺度分离流及其诱发的复杂尾迹流可视为自流工况下泵内主要流动特征;轮缘泄漏涡运行轨迹线的斜率随自流流量增加而减小,导叶流道内正、负涡结构的强度随自流流量增加而增大;导叶前缘分离涡的演化周期为1/5个叶轮旋转周期。3.对压力脉动试验测量和数值计算结果进行处理和分析,获得了不同自流工况下模型泵内关注测点处的压力脉动特性,并对内流结构演变和压力脉动特征频率之间的关联关系进行了初步探索。研究表明:在自流工况下,各监测截面上压力脉动的主要特征频率为叶频及其二次谐波;叶轮进口和叶轮旋转中心截面上各测点处压力脉动特征频率对应的幅值以及不同频率范围内的RMS值大都随自流流量的增加而增大;自流工况下压力脉动的能量主要集中于0~500 Hz频段内;叶轮进口截面上叶频处脉动幅值从轮毂至轮缘逐渐增大,导叶中间截面上压力脉动幅值从轮毂至轮缘呈先缓慢减小后急剧衰减的变化趋势;导叶流道内最大压力脉动幅值位于流道中间,其叶频处幅值随自流流量增加呈减小趋势;导叶压力面前缘涡结构演变由动静干涉作用所引起,其它非稳态涡流结构演变是压力脉动信号中低频离散信号的主要水力诱因。4.采用LMS多通道振动噪声测试系统对自流工况下特定位置处的振动加速度信号进行采集和分析,获得了不同工况下的振动加速度频谱特征,探讨了不同频段内各测点在三个方向上的振动加速度RMS值及各测点处的振动总能量随自流流量的变化趋势。研究表明:自流工况下振动加速度频谱中均出现了宽频激励信号,且其能量随自流流量的增加呈增强趋势;各测点在不同方向以及不同频段内的振动加速度RMS值均随自流流量的增加而增大;各测点在不同频段内的振动总能量也随自流流量增加而增大,导叶出口处的振动总能量在大自流流量时呈快速上升趋势。