张 旭 王鹏飞 阮晓东

(1.浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室， 杭州 310027；2.浙江大学自贡创新中心， 自贡 643000)

0 引言

混流式水泵广泛应用于多种领域[1-4]。混流式水泵高速旋转的叶轮与静止的导叶之间的动静干涉相互作用、压水室壁面压力波动反射作用以及正常运行过程中主泵内部复杂的三维非定常流动等，都会引起泵内的压力波动[5-7]，强烈的压力脉动不仅会对泵的流量、扬程和效率等外特性产生影响，而且会引起泵叶片载荷波动[8]，进一步引发机组设备的振动和噪声[9-10]，对泵的安全平稳运行产生不利影响。因此很有必要对混流泵内流场的压力脉动特性及其叶片载荷特性进行深入研究。

随着计算机技术的突飞猛进，计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)和流固耦合(Fluid solid interaction, FSI)已经成为流体机械的内部流动研究及关键部件应力应变分析的有效技术手段之一[11-14]。文献[15]采用大涡模拟方法对高比转数混流泵内三维非定常湍流场进行了数值模拟，发现压力脉动幅值从轮毂到轮缘均逐渐增大，叶轮进口压力脉动无明显规律性，但出口存在明显的周期性。文献[16]研究了混流泵内以叶片压力脉动为声源诱发的噪声，研究发现混流泵叶轮和蜗壳之间的动静干涉作用是引发流动诱导噪声的主要原因;流动诱导噪声的主频是由压力脉动主频以及泵体结构的固有频率综合决定的。泵内非定常流动会对泵叶片产生交变载荷，泵关键部件的应力与流固耦合分析对其安全运行至关重要。……