1.2.6 动静干涉对高速离心泵内部流场的影响

离心泵在运行的过程中，动静干涉是诱发非定常流动的主要原因之一，是影响泵运行特性的重要因素，它引起系统及设备的振动及噪声，严重时甚至造成系统设备的破坏。因此，国内外学者针对该问题进行了大量的研究。

由于动静干涉的外在表现为压力信号的准周期性波动，所以很多研究者对动静干涉引起的压力脉动进行了研究。Parrondo等^[70]通过数值模拟对离心泵不同工况下的压力脉动特性进行了分析，并提出了一种简单的声学模型来预测叶频处的压力脉动幅值。Zhang等^[71]采用高频压力脉动传感器详细分析了离心泵压力脉动离散频谱结构特性及不同工况对压力频谱结构的影响。Yang等^[72]通过数值模拟研究了叶轮与蜗舌径向间隙对水泵性能和压力脉动的影响，研究发现随着径向间隙的增大，动静干涉作用引起的蜗壳内高频非定常压力脉动幅值减小，而叶轮内部动静干涉作用引起的低频非定常脉动压力幅值不变。周佩剑等^[73]通过数值模拟研究了旋转失速条件下离心泵蜗舌区的动静干涉效应，发现当旋转失速发生以后，蜗壳上的压力脉动幅值约为非失速工况下的2～3倍，并随着流量减小，压力脉动主频幅值增大。

动静干涉还会对流场的流动结构产生很大的影响。Feng等^[74]利用激光多普勒测速仪（Laser Doppler Velocimetry，LDV）和数值模拟对径向泵的非定常流动进行了研究，通过对流动结构的分析研究了叶轮-导叶间距对动静干涉的影响，并研究了动静干涉对湍流强度的影响。Keller等^[75]利用PIV技术对高流率下蜗舌区附近的非定常流场进行了分析，得到了叶轮叶片尾缘尾迹涡的脱落及其与蜗舌的撞击、演变过程，从涡动力学角度出发初步揭示了动静干涉作用的内在机理。Zhang等^[76]用数值方法分析了低比转速离心泵动静干涉的非定常作用，获得了压力脉动信号与涡分布，讨论了压力振幅与涡分布的关系，得出动静干涉作用由尾迹涡脱落强度及其与蜗舌的撞击作用所决定的结论，此外作者还研究了动静干涉对上游叶轮流道涡结构的影响。黄先北等^[77]通过数值模拟，发现动静干涉作用中的尾流与势流对速度及压力场的影响不同，速度场受两种机制的共同作用，而压力场则主要受尾流影响。Petit和Nilsson^[78]通过数值模拟研究了离心泵叶轮-导叶之间间隙内的流场分布，发现了四种湍流模式。从以上的研究进展可以看出，对动静干涉的研究主要集中在对压力脉动的研究、如何建立压力脉动预测模型、流场湍流强度以及流场涡结构的影响方面，也有研究者将压力分布与流场涡结构、流场湍流强度进行对应，以揭示动静干涉机理，但是由于动静干涉的复杂性，了解的动静干涉机理还是不够。

综上所述，近年来国内外对离心泵内部流动机理的研究已经取得了一定的成果，但在对适宜离心泵在全流量工况下内部流动计算的湍流模型、不稳定运行工况下内部流动的精确计算、内部流动不稳定的表征以及内部流动不稳定对外特性的影响规律等方面的研究开展得不够充分，对离心泵不稳定问题尚未形成共识，也没有提出合适的不稳定流动控制途径；对高转速下，转速、动静干涉作用对流场涡结构的生成演化影响机理等方面的研究也还不充分，对离心泵内部涡结构的演化规律还没有形成共识，特别是在高转速情况下，尤其需要进一步的研究和探索。