轴流泵在南水北调工程、大中型泵站中具有广泛的应用。由于轮缘与转轮室之间不可避免地存在叶顶间隙，在叶片压力面（PS）和吸力面（SS）的压差驱动下，叶顶间隙内将产生泄漏流（Tip leakage flow）,其与主流卷吸形成叶顶泄漏涡（Tip leakage vortex, TLV）。轴流泵叶顶空化不稳定性问题是大型调水工程和国防装备急需解决的难题之一，研究叶顶泄漏涡云状空化脱落机理是解决该问题的基础研究。本项目以水翼和轴流泵模型为研究对象，采用数值模拟、3D-PIV、高速摄影、压力脉动测量等实验手段开展研究。主要研究成果如下： （1）选用不同水翼进行湍流模型和空化模型验算。针对水翼表面片状空化生长、空化云聚集、脱落和溃灭等瞬态过程，对比分析了实验数据与模拟结果，验证了湍流模型和空化模型的适用性。 （2）基于不同湍流模型，对轴流泵叶顶云状空化进行非定常数值模拟，结合3D-PIV实验研究，分析了叶顶泄漏涡和剪切层空化形态与生成机理，探究了叶顶泄漏涡空化云三维结构及其时空演化规律，掌握叶顶泄漏涡的压力场、涡量场、剪切应力、涡耗散、湍动能等湍流特性，进一步研究了云状空化尾缘脱落与附着片状空化的相干机制。 （3）基于高速摄影、压力脉动测量和非定常空化流数值模拟，观察了不同运行工况下叶顶泄漏涡空化云生成、发展及溃灭过程，分析了不稳定云状空化诱导的系统流量压力振荡特性。针对叶顶泄漏涡云状空化时空演化过程，分析了空化云脱落和溃灭周期，解释了不稳定空化云对主流和相邻叶片压力面流场扰动的物理过程，从而掌握云状空化及其诱导涡引起的堵塞流道、流动失稳机理。 （4）基于不同工况数值模拟和内流试验，提出了不同叶片数、不同叶顶形状和间隙大小等叶轮方案。分析了不同方案叶轮的云状空化不稳定振荡特性，根据叶顶泄漏涡及其诱导空化的强度、尺度及发展规律，评价了不同叶轮方案对不稳定叶顶泄漏涡云状空化的抑制效果。为轴流泵机组的设计和稳定运行提供理论基础。 2100433B