LNG潜液泵作为液化天然气生产、转移、输送等过程中的核心动力输送装备,其性能好坏对液化天然气系统的安全性与经济性具有很大的影响。液化天然气温度约为-162℃,低温条件对潜液泵材料和性能要求极高,空化现象的发生对潜液泵的影响尤为显著。本文在省六大人才高峰（B类）项目“万吨级深海浮式LNG潜液泵水力设计关键技术研究与应用”的资助下完成,以LNG潜液泵为研究对象,基于文献中的翼型实验数据对变温环境下的湍流模型及空化模型进行修正;基于修正的湍流模型及空化模型,研究了LNG潜液泵内部流态及非定常空化流动特性。本文主要研究工作如下:（1）基于Hydrofoil翼型、NACA0015翼型试验结果,研究不同温度下湍流模型（k-ε模型、k-ω模型、RNG k-ε模型、SST k-ω模型）的适用性,并采用密度修正法和滤波器修正法对湍流模型进行修正和验证。研究发现,在介质温度为25℃时,采用k-ε模型与k-ω模型对Hydrofoil翼型计算的空泡长度、厚度和形状较为接近,且k-ε模型计算获得的翼型表面压力系数分布与实验值最为吻合。两种修正湍流模型对NACA0015翼型计算结果得到明显改善。介质温度为50℃时,在翼型中部及下游,k-ωFBM模型和k-εFBM模型具有较高预测精度。介质温度为70℃时,各湍流模型模拟结果接近。综合比较,k-εFBM模型具有更优的适用性。（2）以不同温度下的液氮为工作介质,考虑空化过程中热力学效应对空泡区流体温度的影响,基于Hord水翼进行Zwart-Gerber-Belamri空化模型的修正,并分别通过Hord水翼和Ogive钝体水翼进行低温空化的数值验证。研究发现,相比Schnerr-Sauer模型、Merkle模型、Kubota模型和Zwart-Gerber-Belamri模型,修正Zwart-Gerber-Belamri空化模型可以准确地预测低温液氮中的空泡区域面积。同时,修正模型获得的空化核心区域对温度更为敏感,空泡区的压降和温度、空化强度随进口温度的变化迅速改变,验证了修正Zwart-Gerber-Belamri空化模型对低温空化模拟的准确性与有效性。（3）以液化天气为介质,对非空化状态下LNG潜液泵进行数值计算,研究了诱导轮与叶轮之间轴向距离对潜液泵性能的影响,分析了潜液泵外特性、内部流场分布规律。研究结果表明,数值计算与实验结果吻合较好,两者高效区皆为0.8Q_des～1.4Q_des工况。随着轴向距离增大,小流量工况下潜液泵扬程有所下降。L_z=0mm方案下,首级叶轮内分离涡较少,速度流线分布较为均匀,潜液泵整体流动状态在四种方案中最优。小流量工况下潜液泵内部流动分离现象明显,流动紊乱,能量耗散严重。次级叶轮内流动状态较首级叶轮更加稳定。在诱导轮进口轮缘和首级叶轮进口轮毂处存在明显低压区,容易发生空化现象。（4）基于修正的湍流模型和空化模型对LNG潜液泵进行非定常数值计算,重点分析了LNG潜液泵的空化性能,研究了叶轮和诱导轮内空泡体积分布、压力分布及空泡发展规律,探索了空化对潜液泵压力脉动的影响。研究发现,数值计算得到的临界汽蚀余量为4.8m,当汽蚀余量继续减小时,扬程急剧下降,说明泵内出现严重空化现象。随着汽蚀余量的不断下降,诱导轮和首级叶轮内空泡尺度与强度逐渐增强,低压区面积逐渐增大。诱导轮内空化现象相较于叶轮更为严重,在临界汽蚀工况附近已堵塞大部分流道,是造成扬程下降的根本原因。空化现象对首级叶轮的影响大于次级叶轮,低频信号随着汽蚀余量降低逐渐增多,各级叶轮的压力脉动主要受低频空化现象及动静干涉影响。