由于熔盐具有良好的蓄热、导热能力以及稳定的化学性质,使得熔盐在未来先进核能和光热电站中有着巨大的应用潜力。熔盐泵是输送高温熔盐的关键设备,运行温度可高达700~1000℃,且熔盐密度高、粘度大,这些均给熔盐泵的设计和稳定运行带来了巨大挑战。因此,高温熔盐泵的研发已成为当前水力机械领域的一个重要课题。为了探索高温熔盐泵的设计和分析方法,本文采用理论分析、数值计算与实验测试相结合的方法对立式高温熔盐泵的过流部件进行了水力设计,并从静力学强度和动力学特性两个方面对其运行可靠性进行了分析和研究。本文研究的主要内容和成果有:(1)概述了高温熔盐泵在不同领域的应用以及面临的主要问题;回顾了离心泵数值模拟和流热固耦合的研究进展;介绍了流体计算和流热固耦合研究的理论基础。(2)根据高温熔盐泵的使用需求进行了结构设计,并对叶轮、导叶和环形蜗室进行了水力设计,给出了过流部件主要尺寸的确定方法和计算过程;结合样机实验对设计方案的水力性能进行验证,实验结果表明设计方案合理,满足设计要求。(3)对高温熔盐泵进行全流场定常数值模拟,计算了高温熔盐泵输送水和熔盐两种介质时的水力性能;根据数值计算结果,对高温熔盐泵的内部流动特性进行了分析。结果表明:熔盐泵在输送水介质时,运行效率会略高于输送熔盐介质的效率,设计点时两者相差0.96个百分点;相同工况时,水的静压要显著低于熔盐介质的静压,其中设计工况水的最大静压为0.35MPa,仅为熔盐静压的53.8%;在大部分运行工况下,导叶内均有一定的漩涡和回流现象出现;环形蜗室出水管的布置会对熔盐泵内压力分布产生明显影响,靠近出水管的区域压力会低于其它区域;小流量时叶轮内出现较大的漩涡,随着流量的增加,漩涡会逐渐消失。(4)对高温熔盐泵启动时温升过程的温度场分布进行了计算,以叶轮中心的径向平面和出口管中心的轴向平面作为分析截面,对温度分布进行了分析,结果表明:温升过程中,不同时刻下轴向平面和径向平面的温差基本保持不变,且轴向平面的温差高于径向平面的温差;温升速率的提高会增加泵内的温差,当温升速率由8℃/s升高到12℃/s时,轴向和径向温差均增加2℃;随着流量的减小,熔盐泵内部温差将会显著升高,流量由1.2Qd减小到0.3Qd时,泵内径向平面温度差由5℃增加到20℃,轴向则由11℃增加到53℃;在熔盐泵设计时,其轴向要留出较大的热变形余量,而温升过程要尽可能的采取较大的温升流量以保证各部分不致产生过大的温差。(5)基于流热固耦合对叶轮在不同温升条件下的应力大小进行了计算和分析,结果表明:1.0Qd下,以10℃/s速率进行温升时,由温差导致的热应力为5.08MPa,仅为机械应力的37.6%,介质流固耦合产生的机械应力是温升过程叶轮承受的主要载荷;温升过程机械应力和热应力的波动较小,不同时刻两者的波动分别为0.6%和1.4%;温升流量的增加有利于降低叶轮应力,流量由0.3Qd增加到1.2Qd时,机械应力和热应力的降幅分别为38.31%和80.19%,热应力的降幅更大;温升速率的提高会导致热应力明显提高,而机械应力变化较小;基于ASME标准对叶轮在1.0Qd,温升速率为10℃/s时的结构强度进行了校核,结果表明叶轮强度合格。(6)针对熔盐泵高温的运行环境,对结构体的模态进行了多相位计算和分析,结果表明:熔盐泵转动和静止部件的前6阶固有频率均远离泵内主要的流动诱导激励频率;不同相位下,熔盐泵各阶固有频率变化较小,转动部件和静止部件固有频率的最大变化分别为0.5%和0.7%;预应力状态下模态的固有频率相对无预应力时有所升高,且转动部件的固有频率增幅更高,转动部件和静止部件最大增幅分别为1.35%和0.74%。(7)基于Workbench对转子系统的临界转速进行了计算,并研究了轴向和径向支撑刚度对转子系统临界转速的影响,计算结果表明轴向和径向支撑刚度分别增加到7×106N/m和1010N/m时,临界转速不再增加,此时的支撑可以等效为刚性;最后根据转子系统的安全工作范围确定了转子径向和轴向支撑刚度的取值范围。