1.2.6 動靜干涉對高速離心泵內部流場的影響

離心泵在運行的過程中，動靜干涉是誘發非定常流動的主要原因之一，是影響泵運行特性的重要因素，它引起系統及設備的振動及噪聲，嚴重時甚至造成系統設備的破壞。因此，國內外學者針對該問題進行了大量的研究。

由于動靜干涉的外在表現為壓力信號的準周期性波動，所以很多研究者對動靜干涉引起的壓力脈動進行了研究。Parrondo等^[70]通過數值模擬對離心泵不同工況下的壓力脈動特性進行了分析，并提出了一種簡單的聲學模型來預測葉頻處的壓力脈動幅值。Zhang等^[71]采用高頻壓力脈動傳感器詳細分析了離心泵壓力脈動離散頻譜結構特性及不同工況對壓力頻譜結構的影響。Yang等^[72]通過數值模擬研究了葉輪與蝸舌徑向間隙對水泵性能和壓力脈動的影響，研究發現隨著徑向間隙的增大，動靜干涉作用引起的蝸殼內高頻非定常壓力脈動幅值減小，而葉輪內部動靜干涉作用引起的低頻非定常脈動壓力幅值不變。周佩劍等^[73]通過數值模擬研究了旋轉失速條件下離心泵蝸舌區的動靜干涉效應，發現當旋轉失速發生以后，蝸殼上的壓力脈動幅值約為非失速工況下的2～3倍，并隨著流量減小，壓力脈動主頻幅值增大。

動靜干涉還會對流場的流動結構產生很大的影響。Feng等^[74]利用激光多普勒測速儀（Laser Doppler Velocimetry，LDV）和數值模擬對徑向泵的非定常流動進行了研究，通過對流動結構的分析研究了葉輪-導葉間距對動靜干涉的影響，并研究了動靜干涉對湍流強度的影響。Keller等^[75]利用PIV技術對高流率下蝸舌區附近的非定常流場進行了分析，得到了葉輪葉片尾緣尾跡渦的脫落及其與蝸舌的撞擊、演變過程，從渦動力學角度出發初步揭示了動靜干涉作用的內在機理。Zhang等^[76]用數值方法分析了低比轉速離心泵動靜干涉的非定常作用，獲得了壓力脈動信號與渦分布，討論了壓力振幅與渦分布的關系，得出動靜干涉作用由尾跡渦脫落強度及其與蝸舌的撞擊作用所決定的結論，此外作者還研究了動靜干涉對上游葉輪流道渦結構的影響。黃先北等^[77]通過數值模擬，發現動靜干涉作用中的尾流與勢流對速度及壓力場的影響不同，速度場受兩種機制的共同作用，而壓力場則主要受尾流影響。Petit和Nilsson^[78]通過數值模擬研究了離心泵葉輪-導葉之間間隙內的流場分布，發現了四種湍流模式。從以上的研究進展可以看出，對動靜干涉的研究主要集中在對壓力脈動的研究、如何建立壓力脈動預測模型、流場湍流強度以及流場渦結構的影響方面，也有研究者將壓力分布與流場渦結構、流場湍流強度進行對應，以揭示動靜干涉機理，但是由于動靜干涉的復雜性，了解的動靜干涉機理還是不夠。

綜上所述，近年來國內外對離心泵內部流動機理的研究已經取得了一定的成果，但在對適宜離心泵在全流量工況下內部流動計算的湍流模型、不穩定運行工況下內部流動的精確計算、內部流動不穩定的表征以及內部流動不穩定對外特性的影響規律等方面的研究開展得不夠充分，對離心泵不穩定問題尚未形成共識，也沒有提出合適的不穩定流動控制途徑；對高轉速下，轉速、動靜干涉作用對流場渦結構的生成演化影響機理等方面的研究也還不充分，對離心泵內部渦結構的演化規律還沒有形成共識，特別是在高轉速情況下，尤其需要進一步的研究和探索。