本文在国家杰出青年科学基金“离心泵基础理论和节能关键技术研究”(编号:50825902)和国家自然科学基金“离心泵内部非定常流动诱导振动和噪声机理”(编号:50979034)以及江苏省自然科学基金“基于流固耦合的低比转数离心泵非稳定流动特性研究”(编号:BK2010347)的资助下开展工作。　　 高速离心泵一般指转速大于5000r/min的离心泵。高速泵具有单级扬程高、结构紧凑、维护方便、可靠性好等优点，在炼油、石油化工、化学工业等行业广泛应用。低比转速高速泵由于流量小，转速高，离心叶轮内部很容易产生回流和脱流现象，高速泵内部非定常流动引起的振动问题备受重视，采用含分流叶片的复合叶轮将会改善叶轮流道内的液流速度分布。论文采用数值模拟与实验相结合的方法，对高速离心泵内部流场及诱导振动特性进行了研究，主要的研究内容和创新点有:　　 (1)介绍了低比转速离心泵加大流量设计法的基本原理，选取适当的放大系数设计出高速离心泵叶轮和蜗壳;再根据复合叶轮的设计原理设计出4+4，5+5两种方案的复合叶轮，并以这三种模型泵为对象进行高速泵内流场和流动诱导振动分析。　　 (2)运用ANSYSCFX软件对三种方案下不同工况高速泵流场进行了数值模拟，并与实验结果进行了对比。模拟得到的性能曲线和实验结果趋势基本一致，实验所得的效率和扬程曲线均略低于模拟结果，各个曲线的最大误差不超过5.8％，模拟预测所得的扬程曲线均随着流量的增大而降低，各个工况下，扬程从小到大的排列顺序为全叶片叶轮、4+4叶轮和5+5叶轮。由于采用加大流量设计法设计高速泵叶轮，实验和模拟得到的性能曲线均在大流量处达到最高效率。分流叶片形式的高速泵具有更加均匀的压力分布。　　 (3)首次分析各个工况下有无分流叶片的高速泵叶轮径向力分布情况，发现分流叶片的添加可以很好地降低高速泵叶轮的径向力;随着流量的增大，3种方案的高速泵叶轮所受到的径向力呈减小的趋势，在最大流量处径向力最小，且各个方案的径向力方向均指向直角坐标系第二象限。　　 (4)以定常计算结果为初始条件对三种高速泵方案进行了非定常的数值计算，分析了不同时刻隔舌附近的静压情况及蜗壳内的压力脉动情况。发现在叶轮流道出口处产生的射流-尾迹现象与定常计算结果相比更加明显，设计工况下隔舌附近的压力脉动呈现出明显的周期性，合适地添加分流叶片可以有效地减小隔舌处压力脉动。两种分流叶片方案的压力峰值均出现在叶频及其倍频处，全叶片压力峰值在两倍叶频处。偏离设计工况下高速泵隔舌和蜗壳内的压力脉动幅值在大流量下要大于小流量的幅值，隔舌附近处压力脉动均有最大峰值且向蜗壳其他部位扩散，距离隔舌越远，压力脉动越小。　　 (5)介绍了模态分析的基本理论，首次运用单向流固耦合方法对有无分流叶片的高速泵转子结构进行了模态分析，获得了转子各阶模态及振型，得出分流叶片的添加可以加大转子部件的固有频率，发现分流叶片转子的叶片通过频率很接近第四阶和第五阶固有频率，在工作时发生振动的可能性比较大。因此，复合叶轮转子的模型泵设计不够合理，需要对结构改进使转子各阶固有频率偏离转子的轴频和叶片通过频率。　　 (6)搭建了基于虚拟仪器的高速泵振动测试试验台，对有无分流叶片的高速泵泵体振动信号进行了测量并分析，发现两种方案的高速泵振动信号都有一定的周期性，径向烈度要大于轴向的振动烈度。全叶片高速泵看出各个工况下在轴频和叶频处产生了较大的振幅，流量越大，振幅也越大。带分流叶片的高速泵的叶频幅值相对较小，说明分流叶片可以减小由动静干涉等流动诱导振动。由机械原因导致的高速泵振动具有更大的幅值，因此对高速泵加工和安装的要求也要得到保障。