1.2 离心泵内部流动

离心泵运行不稳定是影响离心泵设计和应用的主要难题和技术瓶颈。离心泵不稳定包括外特性不稳定与内部流动不稳定，内部流动不稳定是根源，外特性不稳定是外在表现形式。外特性不稳定是指离心泵在低于设计工况点区域或特性曲线的正斜率上升段运行所产生的扬程和效率等性能指标恶化、压力脉动，甚至喘振现象。外特性不稳定的根源在于内部流动中的分离、旋涡、二次流等特殊流动结构，以及瞬态运行条件下的各种非稳态流动结构。研究表明，外特性不稳定不仅发生在离心泵中，还经常发生在抽水蓄能机组的水泵工况。相比于中高比转速离心泵，小流量高扬程低比转速离心泵的外特性不稳定更为明显。为此许多小流量工况下不得不采用往复式泵或者大流量离心泵打回流的方式来输送液体。

随着应用领域不断拓展与动力系统的高参数化，离心泵运行不稳定导致的惨痛事故不断重演，开展离心泵运行不稳定的研究迫在眉睫。流动不稳定产生的压力脉动是离心泵及其系统产生振动、引发事故的主要原因。我国研制的高速离心泵曾出现过运行30min后叶片出现裂纹的现象^[1]。我国的液体火箭发动机主涡轮泵也遇到过压力脉动冲击破坏问题，导致涡轮外侧的轴承破坏和密封面严重磨损。煤化工净化工段最关键的工位用泵贫甲醇泵从解析塔向洗涤塔输送洗涤载体，由于选用的多级离心泵机组特性线存在正斜率上升段，导致离心泵机组出现剧烈的振动，直接影响了整个装置的安全运行。同样，如果血液泵、核主泵等出现工作不稳定，无疑后果不堪设想。因此，现代离心泵技术发展的关键就是必须要攻克离心泵不稳定性的难题，确保泵在运行范围内的稳定工作。

为了比较彻底地解决离心泵不稳定性问题，必须深入研究产生内部流动不稳定的机理，全面把握离心泵在不同工况下的内部流动规律，从而揭示外特性不稳定与内部流动不稳定的有机联系。