作为高速旋转的叶轮机械,离心泵内的流体呈现弱可压特性。传统的湍流模型采用不可压缩假设来达到简化N-S方程的目的,这是由于压力变化过小导致密度的变化可以忽略。实际上,流体本身有一定的弹性,在实际流动中呈现出弱可压的性质。研究表明,采用弱可压缩模型更能反映低马赫数时的真实流动状态,有利于叶轮机械的内部流动特性的分析。本文将弱可压缩流动方程与标准k-ε模型、DES(Detached eddy simulation)模型相结合,以期更好地揭示离心叶轮的内部流动机理。主要工作和研究成果如下:(1)采用弱可压模型对多弯头管路泄漏进行数值模拟,结果表明采用弱可压模型可以计算得到泄漏管路内部的负压波传递现象,其传递规律与实验符合。通过分析弯头内各截面的速度分布及其对负压波前缘的影响,发现弯头内涡与波的相互作用现象。结合湍流粘度及湍动频率分析,揭示了弯头内的高粘滞力与脉动量频率加快了流元的体积压缩和膨胀,造成负压波在弯头的传递速度大于直管。通过控制组分析各弯头参数对负压波传递特性的影响,提出了负压波泄漏定位法中的弯头当量长度的计算公式,进一步验证了弱可压模型的适用性。(2)将弱可压模型应用于离心叶轮的数值模拟,并对比弱可压模型、不可压模型与实验的扬程结果。结果表明,弱可压模型的扬程预测精度略高于不可压模型,在0.8Qd时的精度提升为0.73%。对比内部流场信息,发现小流量工况下(0.3Qd、0.6Qd、0.8Qd)弱可压模型在流道进口及叶片压力面前端处的最小压力及其无量纲量的区域面积较大。在流道内的最大流向压力梯度区域较小且分布紧贴叶片壁面,对流道壁面及流道出口的旋涡生长与能量输运的影响较大,导致叶轮内旋涡结构复杂、能量损耗较大。较大的机械能损耗导致计算的扬程值降低,与实验结果符合的更好。通过计算分析不同转速对弱可压特性的影响,发现当转速在1000r/min和1200r/min时外部扬程误差小于4%,且叶轮中心区域密度、压力分布差异显著,内部流动较为稳定。(3)结合DES湍流模型与弱可压模型,对小流量工况下离心叶轮内部进行非定常数值模拟,并分析一个转动周期内叶轮内部流场信息变化,流道出口及出口发展段的压力变化情况。结果表明,弱可压模型预测的流道漩涡结构多于不可压模型,在叶片壁面、流道出口的Q值、压力梯度和拟涡能分布随时间的变化较大。弱可压模型的拟涡能增加,带来的机械能损失更大,会影响到扬程的降低;同时,旋涡增多使得流动不稳定结构变多,加剧了流道出口处压力脉动,静压差值最大达到700Pa,轴频处的压力脉动幅值为80;流道出口发展段在轴频处的压力脉动幅值较大,静压系数预测的流动分离现象更为明显。