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受“互联网+”、大数据战略、数字经济等政策指引以及移动互联网快速发展带动，作为信息社会重要基础设施的数据中心总体规模迅速增长，冷却能耗普遍较高。为引导数据中心走高效、清洁、集约、循环的绿色发展道路，降低电能使用效率值，采用自然冷源实现数据中心的冷却节能势在必行。这其中泵驱动两相冷却回路作为一种高效自然冷却技术，能够有效解决数据中心大空间、高热流、长距离、大落差的热量输送问题，而作为关键的驱动部件，工质泵的性能至关重要。为提高工质泵性能、改善系统能效、优化泵与系统的匹配，本文基于泵驱动两相冷却回路，以旋涡泵为研究对象，建立旋涡泵三维结构模型和动态流动仿真模型，对旋涡泵的热工和空化特性进行模拟分析，并搭建实验系统，从旋涡泵的扬程、压力、汽蚀余量、总体积分数等多方面开展理论和实验比较分析。具体内容如下:
(1)建立旋涡泵稳态流动仿真模型，分析入口压力、温度、频率等参数对旋涡泵压比、扬程、汽蚀余量、功率、总体积分数等指标的影响和变化规律，探讨气液两相回路中旋涡泵流动及空化性能。结果表明:在10Hz～30Hz频率范围内，压比和扬程变化比较明显，当频率继续增大到40Hz以上时，压比和扬程基本不变，分别为1.15lm和9.570m;模拟计算的NPSHr约为5.53m，当小于该值时，泵的扬程和功率会急剧下降;随着泵进口总压力的增大，叶轮上总体积分数逐渐减小，并且叶轮内边缘部分总体积分数大于叶轮外边缘处总体积分数，是叶轮上较易发生空化区域;汽蚀破坏功率超过108W时会使泵发生损伤。
(2)搭建旋涡泵驱动两相冷却回路试验系统，试验研究旋涡泵在不同温差、频率下扬程、压比等性能的变化规律，并与模拟结果进行比较分析。结果表明:相同的温差范围内，保持蒸发温度不变、改变冷凝温度对泵的扬程影响较小，使对扬程的控制调节更加稳定;泵的扬程变化范围模拟结果在10.46m～10.54m之间，试验结果在10.98m～12.11m之间，试验结果比模拟结果高4.93％～14.87％。
(3)针对实际运行中旋涡泵叶轮做功和电机发热带来的冷量损失，在定义冷损率的基础上，着重分析不同蒸发温度、冷凝温度、换热面积、运行频率下旋涡泵冷损率的变化规律。结果表明:蒸发温度不变时，泵在大温差、低频、较大换热面积工况下运行，泵的冷损率最小:冷凝温度不变时，不同温差下存在最佳换热面积，即当蒸发器和冷凝器个数均为5时泵的冷损率最小，不超过3.195％;系统的蒸发温度26℃，冷凝温度11℃，泵频15Hz时为系统运行的最佳工况点，此时泵的冷损率最小，最低为2.685％。
(4)基于搭建的旋涡泵驱动两相冷却回路实验系统，对旋涡泵腔体内部和泵出口进行可视化处理和观测，分析泵体内部以及泵出口工质的流动和空化特性，并与理论分析结果进行比对。结果表明:随频率增大，制冷剂工质在泵出口管道内的波动越来越强烈，但波动的时间逐渐减小，由12s减小到1s，且泵内部总体积分数最大值由0.06增大到0.1以上，表明随着泵频率增大，泵内部空化加强;泵入口处总体积分数为0.1，而泵出口处时总体积分数为0.01，表明空化现象由泵进口到泵出口逐渐减弱。
(1)建立旋涡泵稳态流动仿真模型，分析入口压力、温度、频率等参数对旋涡泵压比、扬程、汽蚀余量、功率、总体积分数等指标的影响和变化规律，探讨气液两相回路中旋涡泵流动及空化性能。结果表明:在10Hz～30Hz频率范围内，压比和扬程变化比较明显，当频率继续增大到40Hz以上时，压比和扬程基本不变，分别为1.15lm和9.570m;模拟计算的NPSHr约为5.53m，当小于该值时，泵的扬程和功率会急剧下降;随着泵进口总压力的增大，叶轮上总体积分数逐渐减小，并且叶轮内边缘部分总体积分数大于叶轮外边缘处总体积分数，是叶轮上较易发生空化区域;汽蚀破坏功率超过108W时会使泵发生损伤。
(2)搭建旋涡泵驱动两相冷却回路试验系统，试验研究旋涡泵在不同温差、频率下扬程、压比等性能的变化规律，并与模拟结果进行比较分析。结果表明:相同的温差范围内，保持蒸发温度不变、改变冷凝温度对泵的扬程影响较小，使对扬程的控制调节更加稳定;泵的扬程变化范围模拟结果在10.46m～10.54m之间，试验结果在10.98m～12.11m之间，试验结果比模拟结果高4.93％～14.87％。
(3)针对实际运行中旋涡泵叶轮做功和电机发热带来的冷量损失，在定义冷损率的基础上，着重分析不同蒸发温度、冷凝温度、换热面积、运行频率下旋涡泵冷损率的变化规律。结果表明:蒸发温度不变时，泵在大温差、低频、较大换热面积工况下运行，泵的冷损率最小:冷凝温度不变时，不同温差下存在最佳换热面积，即当蒸发器和冷凝器个数均为5时泵的冷损率最小，不超过3.195％;系统的蒸发温度26℃，冷凝温度11℃，泵频15Hz时为系统运行的最佳工况点，此时泵的冷损率最小，最低为2.685％。
(4)基于搭建的旋涡泵驱动两相冷却回路实验系统，对旋涡泵腔体内部和泵出口进行可视化处理和观测，分析泵体内部以及泵出口工质的流动和空化特性，并与理论分析结果进行比对。结果表明:随频率增大，制冷剂工质在泵出口管道内的波动越来越强烈，但波动的时间逐渐减小，由12s减小到1s，且泵内部总体积分数最大值由0.06增大到0.1以上，表明随着泵频率增大，泵内部空化加强;泵入口处总体积分数为0.1，而泵出口处时总体积分数为0.01，表明空化现象由泵进口到泵出口逐渐减弱。