產(chǎn)生小流量不穩定現象的原因主要是誘導輪進(jìn)口前緣外徑處產(chǎn)生的回旋流、離心輪進(jìn)口的回流、葉輪流道里的二次流、葉輪流道內的尾跡-射流結構與流動(dòng)分離、以及葉輪與蝸殼聯(lián)合工作時(shí)出現的葉輪出口二次流等。這些因素的存在，一方面影響了高速離心泵的流場(chǎng)分布，另一方面又消耗了很大的能量，致使小流量區的揚程和效率下降，因此就很容易使高速離心水泵特性線(xiàn)出現正斜率上升段，從而使高速離心泵在小流量工況下產(chǎn)生不穩定現象。下面就對這幾種不穩定因素的產(chǎn)生機理進(jìn)行闡述。

　　1.進(jìn)口回流產(chǎn)生的機理

　　關(guān)于葉輪進(jìn)口回流產(chǎn)生的機理國內外許多學(xué)者作了研究。Stepanoff是較早對離心泵葉輪進(jìn)口回流機理進(jìn)行研究的學(xué)者之一，他認為液體流動(dòng)是靠能量坡度維持的，在流量降低到了接近零時(shí)，由于液體慣性力的作用，葉輪有可能使其進(jìn)口周?chē)膱A周速度增加，因此管壁附近的能量增加，這使得維持液體沿流線(xiàn)流動(dòng)所必須的能量坡度不在存在，因此就在葉輪進(jìn)口附近的液流發(fā)生倒流。Fraser認為離心揚程對于給定的葉輪直徑和流量來(lái)說(shuō)是不變的，而動(dòng)揚程是流量的函數，在揚程流量曲線(xiàn)上某些點(diǎn)，動(dòng)揚程一旦超過(guò)離心揚程，那么在這些點(diǎn)壓力梯度反向，導致了流動(dòng)方向相反，即產(chǎn)生回流現象。文獻3從理論和實(shí)驗兩方面分析了低比轉速離心泵葉輪進(jìn)口回流產(chǎn)生的機理，認為旋轉速度分量是葉輪進(jìn)口回流產(chǎn)生的主要原因，并指出回流是導致小流量不穩定現象的主要原因。

　　由于設計人員在設計低比轉速高速誘導輪離心泵時(shí)往往采用正沖角方法，即為了保證誘導輪產(chǎn)生的揚程能夠滿(mǎn)足離心輪進(jìn)口的能量要求，取誘導輪葉片進(jìn)口角大于液流角，同時(shí)為使離心輪獲得較好的汽蝕性能，也取其葉片進(jìn)口角大于液流角;另外為了獲得較高的效率，在設計超低比轉速高速誘導輪離心泵時(shí)普遍采用加大流量設計，這就使運行工況下的實(shí)際液流角小于設計工況下的液流角，這樣就使誘導輪和離心輪進(jìn)口前緣都具有不均勻的圓周速度分量，從而產(chǎn)生繞流線(xiàn)的旋渦。因此誘導輪和離心輪的進(jìn)口回流實(shí)際上也就是由于旋轉葉片邊緣處的液流圓周分速不均勻引起的，是包含垂直于軸面的旋渦和繞流線(xiàn)旋渦的回漩流。

　　2.離心葉輪流道中的二次流與分層效應

　　現在的流場(chǎng)分析與流動(dòng)測試研究已表明離心葉輪流道內的流動(dòng)基本上是由相對速度較小的尾流區和近似于無(wú)粘性的射流區所組成，尾流區緊貼在葉輪的前蓋板和非工作面上，尾流區愈寬，射流-尾流之間的剪層愈薄，兩者之間的速度梯度愈大，意味著(zhù)射流-尾流結構愈強，葉輪內的損失也就愈大。尾流的形成與發(fā)展是邊界層的發(fā)展、二次流的發(fā)展、流動(dòng)分離和分層效應等因素相互影響相互促進(jìn)而形成的。

　　關(guān)于二次流的形成及其對尾跡的影響，國內外許多學(xué)者作了研究，定性來(lái)講可用下式來(lái)分析葉輪旋轉流道中的二次流：

　　EMBEDEquation.2(2-1)

　　上式中的EMBEDEquation.2為旋轉滯止壓力，EMBEDEquation.2為相對流線(xiàn)的旋轉分量，EMBEDEquation.2分別為I對次法線(xiàn)方向和旋轉軸方向的偏導數。上式表明相對流線(xiàn)方向的旋渦是由兩個(gè)因素產(chǎn)生：一是為具有半徑Rn的流線(xiàn)曲率，另一是旋轉角速度ω引起的。

　　旋轉滯止壓力I是動(dòng)壓力EMBEDEquation.2和折算靜壓力EMBEDEquation.2之和，粘性的作用使I下降。由于在葉輪流道旋轉邊界層內存在較大的相對速度梯度，因此具有均勻折算靜壓的邊界層內I的最小值出現在壁面上，其值等于p*。

　　考慮葉輪流道的B-B流動(dòng)，假設由于進(jìn)口管壁面的摩擦已經(jīng)產(chǎn)生了如圖所示的速度剖面，考慮B-B的流道的一個(gè)流面ABCD，靠近葉輪流道外直徑的A點(diǎn)，流線(xiàn)曲率由葉片曲率產(chǎn)生，次法線(xiàn)方向的旋轉壓力梯度是由前蓋板邊界層損失引起的，第一項產(chǎn)生的正的流線(xiàn)方向的旋轉分量EMBEDEquation.2。而在靠近內直徑處的B點(diǎn)，引起負的EMBEDEquation.2，其結果是形成前蓋板及后蓋板表面邊界層上的二次流，使前、后蓋板表面邊界層內的低I微團流到非工作面上，并且從連續性出發(fā)也把工作面上的低I微團驅趕到非工作面上去，這樣就增厚了非工作面上的邊界層。由于I梯度與ω幾乎垂直，由式(2-1)的第二項引起的二次流較小。由于在葉輪出口處的C、D兩點(diǎn)位于流道的徑流部位，因此主要由第二項引起如圖所示方向的正、負EMBEDEquation.2和二次流，這樣也就把前、后蓋板邊界層內低能微團驅趕到非工作面上去，增加了非工作面上的邊界層。

　　將同樣的分析方法應用于子午平面內，當流線(xiàn)由軸向向徑向拐彎時(shí)，在工作面和非工作面邊界層上形成二次流旋渦，它們把工作面和非工作面上邊界層內的低I微團驅趕到前蓋板上，增厚了前蓋板表面的邊界層。

　　上面分析可以得出產(chǎn)生流線(xiàn)方向上二次流旋渦有三個(gè)來(lái)源：

　　1)彎曲葉片;它使流動(dòng)從進(jìn)口沖角方向轉到軸線(xiàn)方向，把前、后蓋板表面上邊界層內的低I流體微團驅趕到非工作面上，由于工作面邊界層內的低I流體微團是不穩定的，因此也被驅趕到非工作面上。

　　2)軸向向徑向拐彎;由于子午面上前后蓋板型線(xiàn)存在曲率，把工作面和非工作面以及后蓋板表面上邊界層內的低I流體微團轉移到前蓋板表面。

　　3)旋轉;隨著(zhù)流動(dòng)從軸向到徑向，旋轉對二次流旋渦的貢獻不斷增加，哥氏力產(chǎn)生的二次流使低I流體從前、后蓋板表面以及不穩定的工作面表面的低I流體轉移到非工作面上

　　由于分層效應的影響，使高能流體微團在工作面和后蓋板一側積聚，促使來(lái)流速度加快，并且邊界層增長(cháng)緩慢，減少了分離傾向。而在非工作面和前蓋板一側則有低能流體微團積聚，從而降低了來(lái)流速度，加劇了邊界層增長(cháng)，助長(cháng)了邊界層分離傾向。

　　3.尾流-射流結構與流動(dòng)分離

　　上面已經(jīng)提及離心葉輪通道內的流動(dòng)基本上是由相對較小的尾流區和近似于無(wú)粘的射流區組成，考慮到真實(shí)流體的粘性作用，在B-B通道的工作面和非工作面都形成了邊界層，在葉片曲率以及旋轉的作用下，非工作面上的邊界層由于二次流的影響越來(lái)越厚，有容易在某一小流量下發(fā)生失速現象，從而導致邊界層分離。