1、離心泵啟動過程是一類特殊的瞬態(tài)過程，利用離心泵的啟動可為特殊的應(yīng)用場合提供瞬時流體動力；同時大功率泵在啟動過程中的瞬時特性可能引起設(shè)備和管道系統(tǒng)的沖擊破壞或過大的負載。目前對離心泵啟動過程的內(nèi)部瞬態(tài)流動缺乏系統(tǒng)的研究，如何實現(xiàn)對離心泵啟動過程的性能預(yù)測、優(yōu)化和流動控制是一個重要課題。
　　 本文以處在啟動過程中的離心泵為研究對象，針對離心泵在啟動過程中表現(xiàn)出的特殊瞬態(tài)水力性能，建立離心泵啟動過程瞬態(tài)流動的數(shù)值模擬與診斷方法，建立

2、離心泵性能測試實驗系統(tǒng)，分別從數(shù)值模擬和實驗研究的角度探索引起外部非定常效應(yīng)的內(nèi)部流動機理。論文的主要內(nèi)容包括以下五個方面：
　　 第一，為驗證基于動網(wǎng)格的有限體積法在求解邊界移動引起的非定常流動時的有效性和準確性，對圓柱瞬時平動和旋轉(zhuǎn)平動啟動引起的二維非定常不可壓黏性流動進行了數(shù)值模擬，采用彈簧近似模型和網(wǎng)格重構(gòu)相結(jié)合的方法實現(xiàn)該過程的流場變形。模擬結(jié)果與已有的實驗和數(shù)值結(jié)果從定性和定量上均吻合較好，證明該方法在求解邊界移動引

3、起的非定常流動時的有效性。
　　 第二，針對單獨采用動網(wǎng)格方法模擬葉輪加速啟動所引起的網(wǎng)格更新質(zhì)量下降的問題，提出采用區(qū)域動態(tài)滑移方法保證葉輪啟動過程網(wǎng)格的更新質(zhì)量，成功的將動網(wǎng)格方法推廣應(yīng)用到離心泵二維和三維模型啟動過程的瞬態(tài)流動求解。同時，為消除啟動過程外部指定非定常進出口邊界條件所引起的誤差，提出建立離心泵循環(huán)管路系統(tǒng)的三維數(shù)值模型，通過數(shù)值求解的自身耦合性實現(xiàn)了無需指定邊界條件即可準確求解啟動過程的瞬態(tài)流動。
　　

4、 第三，建立離心泵瞬態(tài)性能測試實驗臺，該實驗臺由動力蓄能裝置、模型泵、管路系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和電氣控制系統(tǒng)五部分組成。對泵啟動過程的外特性，如瞬時流量、揚程、轉(zhuǎn)速和軸扭矩的變化進行測試和采集：采用PIV內(nèi)流測量方法對穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)內(nèi)流場進行拍攝，得到與外特性相對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的速度矢量場，為探索離心泵啟動過程瞬態(tài)流動機理提供真實的參考依據(jù)。
　　 第四，建立與該實驗臺等效的離心泵循環(huán)管路系統(tǒng)三維數(shù)值模型，在與啟動實驗同等邊界條件下，求

5、解該數(shù)值模型內(nèi)部瞬態(tài)流動。將實驗所得結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進行對比研究，兩者同時在瞬態(tài)外特性和內(nèi)特性上吻合較好。
　　 第五，基于瞬態(tài)流動的數(shù)值計算結(jié)果，采用過流斷面和邊界渦量流兩種渦動力學(xué)診斷方法對離心泵啟動過程的內(nèi)部瞬態(tài)流動進行診斷。
　　 研究結(jié)果顯示，泵啟動過程無量綱揚程偏離穩(wěn)態(tài)值的外部原因是啟動加速度的變化形式，內(nèi)部原因是水流慣性和瞬時流場結(jié)構(gòu)的不斷演化。啟動初期瞬時外特性主要表現(xiàn)為低流量下瞬時轉(zhuǎn)速、揚程和功率的快

6、速上升，瞬時無量綱揚程從無窮大快速下降至低于穩(wěn)態(tài)水平；啟動中期流量快速增長，引起瞬時功率的增長率高于瞬時揚程；啟動后期啟動加速度降為零，轉(zhuǎn)速達到穩(wěn)定值，流量增長減緩，瞬時揚程和功率經(jīng)過波動沖擊達到穩(wěn)態(tài)水平。啟動全過程瞬時流量表現(xiàn)出三次曲線的增長特性。閥門全關(guān)啟動時的電機功率將表現(xiàn)出明顯的瞬時沖擊。
　　 啟動過程內(nèi)部流動演化呈現(xiàn)強烈的瞬態(tài)特性，采用基于準穩(wěn)態(tài)假設(shè)的思想對應(yīng)用于啟動過程的離心泵進行設(shè)計是不適合的。本文的研究內(nèi)容和結(jié)