本文在国家杰出青年基金项目“离心泵基础理论和节能关键技术研究”(编号:50825902)、国家自然科学基金“离心泵内部非定常流动诱导振动和噪声机理”(编号:50979034)和江苏省科技计划项目“离心泵叶轮进出口回流的生成机理及流动规律”(编号:BK2009218)的资助下开展工作。　　 水泵在小流量工况下运行时,叶轮进口处不可避免地会产生回流。回流的存在不但消耗能量而且使得进口流场中出现流量和压力脉动,进而诱导产生振动噪声。回流会引起产生漩涡汽蚀,降低水泵的运行可靠性。本文通过理论分析、数值模拟和试验研究,系统分析了回流产生的因为,回流流场的速度及压力分布,压力脉动特点和回流漩涡在叶轮转动过程中的发展变化过程及其动态特性等。同时,提出了在进口处注入高压水的回流控制方案,并对其控制效果进行了数值模拟验证。主要研究内容及创新点有:　　 1.本文通过理论分析,探讨了回流产生的因为,认为造成叶轮进口回流的两个必要因素是流道内的流动分离和与主流方向垂直的强压力梯度。产生回流的关键因素不是叶轮进口处的液流角,而是叶轮流道喉部的平均相对速度与叶片进口边顶端的相对速度之比。回流首先发生在叶片压力面顶端,在离心力的作用下,回流区主要集中在前盖板处。　　 2.采用标准k-ε湍流模型进行了不同工况下离心泵内部三维湍流流场的数值模拟,对回流发生和发展过程中流场的特性进行了分析。通过对速度分布,压力分布和漩涡形态的分析发现:模型泵回流发生的关键流量点为0.7Qd；回流发生后,随流量的减小,回流强度增加,回流漩涡的体积变大,堵塞部分流道；叶轮进口截面和流道进口处的轴面回流速度、进水管内的预旋强度增加,预旋在进水管中的影响距离变大；进水管内由于预旋产生的低压区面积随回流强度的增加而变大,低压区域在进水管内呈螺旋形分布。　　 3.采用大涡模拟方法,对发生进口回流的各工况流场进行了非定常计算,在流场不同位置处设置了监测点,采集并分析了各点处的压力脉动数据。首次结合流场各截面静压分布和漩涡强度随时间变化的情况,提出了回流漩涡的动态特性分析方法。分析结果表明:监测点处的压力脉动均在叶片通过频率处出现峰值,并且波峰处的峰值随流量的减小而逐渐增大；小流量工况下,回流漩涡对流场的影响更加明显,由于流动分离和湍流的作用,在低于轴频的频段出现了宽频脉动增强,流量越小,宽频脉动增强越强烈；回流漩涡随叶轮一起绕进水管中心线旋转,且不同流量下出现的漩涡数量和漩涡强度不同；当流道扫过蜗壳出水断面时,流道进口回流初生,在一个叶轮旋转周期内,回流完成从初生、发展、衰减到消失的全过程。随着各流道内相对速度和压力梯度的变化,流道进口回流漩涡呈现不同形态。　　 4.对进口回流进行了试验研究,通过可视化试验,利用高速摄影仪拍摄不同工况不同时刻下的进水管流场,从而分析进水管流场的速度分布。并利用压力变送器采集进水管不同位置处的压力脉动数据。试验发现:回流会在离心泵进水管内造成预旋,随着流量的减小,预旋在进水管中的影响距离增大。流量为0时,进水管内会形成柱状涡带；流量为0～0.6Qd时,进水管内的压力脉动峰值变化不大,当流量增大至0.7Qd时,压力脉动的峰值明显减小；由于回流造成的强烈漩涡和涡带将在进水管内产生低频的压力脉动。　　 5.提出了在叶轮进口注入高压水来控制进口回流的方案,并采用数值模拟方法对不同注入压力下的控制效果进行了对比。通过对比发现,注入高压水能有效减弱回流漩涡的强度,但会降低泵的扬程和效率。综合考虑回流控制效果和泵性能,最终确定最优注入压力为0.1MPa。