低比转速多级离心泵具有小流量高扬程的特点,广泛应用于工业和农业等领域。低比转速多级离心泵内部流动不稳定以及过流部件和运转间隙较多一直是研究的难点,同时转子的高速运转会引发振动超标,转子系统具有不平衡质量加上受到流体激励力的作用会产生定向挠度,影响运行的稳定性。因此,保证低比转速多级离心泵的内部流动稳定,减小转子系统的振动,提高运行的安全性很有必要,本文针对其内部流动和动力学特性进行研究,主要工作以及主要结论如下:(1)建立低比转速多级离心泵水体域三维模型,通过ICEM划分网格并进行网格无关性验证得到合适网格数的网格模型,基于CFX对内部流场进行稳态数值计算,对泵体中截面的静压分布和速度分布以及叶轮和正导叶流道流线进行分析,发现泄漏流影响叶轮流道的流动,叶轮与导叶运转间隙两侧的流体存在少量交换。数值模拟得到的扬程和效率与试验结果对比误差较小。(2)构造四种不同形式的间隙流道,研究叶轮和导叶以及间隙流道内的压力脉动情况。分析误差后确定瞬态计算的时间步长和总时间,研究表明低比转速多级离心泵内部产生压力脉动的主因是动静干涉,叶轮流道内的压力脉动频域分布主要受导叶叶片数影响,导叶流道内的压力脉动频域分布主要受叶轮叶片数影响,间隙流道内的压力脉动频域分布主要受导叶叶片数影响,叶轮口环间隙和级间间隙对多级泵内部压力脉动有重要影响。(3)基于瞬态数值模拟对叶轮所受径向力和轴向力进行研究。研究表明在不同流量工况下叶轮所受径向力呈一定周期性变化。设计流量工况下叶轮所受径向力最大值最小,愈偏离设计流量工况,径向力最大值也愈大。首级叶轮所受径向力小于次级叶轮,径向力有恒定量和脉动量,首级叶轮所受径向力主要是脉动量,次级叶轮所受径向力主要是恒定量。首级叶轮所受轴向力随着流量的增大而减小且波动也减小。(4)运用SAMCEF转子动力学软件对转子系统进行临界转速计算和模态分析,结果表明简化一维梁和三维实体模型临界转速差距不大,随着阶次的增加,转子的涡动频率相应增大,前四阶模态振型均为弯曲变形,转子在设计转速工作时不会发生共振。对轴承刚度、陀螺力矩和环压密封动力对临界转速的影响进行分析,发现增大轴承支承刚度以及考虑陀螺力矩和环压密封动力会增大转子正向涡动频率。(5)对转子系统进行瞬态响应分析,研究干态下不平衡量大小和不同启动时间对转子系统的影响,分析表明远离轴承位置的第二级叶轮径向位移最大。考虑流体激励力对转子系统瞬态响应进行分析,发现不平衡量对瞬态响应影响较小,流体激励力对转子系统的振动影响较大,设计工况下转子系统振动最小,小流量工况下最大。