核电是一种安全、清洁、高效的能源,得到了广阔的应运,核电技术也随之不断的进步。核主泵用于驱动冷却剂在反应堆冷却系统内循环流动,将核电站一级回路中产生的大量能量传递给二级回路,其性能表现和可靠运行直接影响到核电站的发电能力和安全。因此,研究性能良好、运行稳定的核主泵水力模型对于核电站的高效、平稳工作具有重要的意义。本文通过CFD数值模拟技术和试验研究相结合的方法,分析研究了所设计的核主泵模型泵在定常和非定常条件下的内部流动特性,通过试验方法验证了所采用的数值模拟方法的准确性。基于此,进一步研究了导叶和压水室结构的变动对于核主泵性能的影响,为核主泵的优化设计提供了重要的理论依据。主要研究内容和结论如下:(1)核主泵的内部流动特性及其压力脉动通过对自主设计的CAP1400核主泵模型进行全工况流动分析,并进行试验参照对比,分析数值模拟方法对核主泵内部流动情况模拟和现实试验的符合程度。同时在稳态模拟的基础上,进一步对模拟泵非定常流动内部压力脉动进行监测,分析造成压力脉动的原因。(2)导叶轴面几何参数对核主泵性能的影响通过改变导叶出口宽度,参考离心泵叶轮轴面流道前后盖板流线设计方法,重新设计导叶轴面流道形状,并通过检验过水断面面积变化,保证导叶轴面流道过水断面面积平缓光滑变化,保证新设计的流道流动顺畅,结构合理。通过数值模拟计算,得到了如下结论:大流量工况下,导叶出口宽度较小的模型泵效率及扬程相对会有较大的降低,在0.8Q_d、0.9Q_d下各对比方案扬程最大差值分别为0.05m和0.33m,效率差距也较小。在1.1Q_d、1.2Q_d下的导叶出口宽度较小的模型与原始方案相比,扬程降低1.19m和1.24m。效率降低6.86%和7.77%;随着导叶出口宽度的增大,导叶内流动损失会有所增大,压水室内流动损失会有所减小,整泵效能的变化是这两者共同影响的结果。随着导叶出口宽度的增大,压水室内流对导叶出口处流动状态的的干扰增强,使导叶出口位置产生了回流和漩涡,这是大导叶出口宽度条件下,导叶内损失增大的主要原因。(3)压水室轴面面积变化对于核主泵性能的影响核主泵的压水室是等截面的环形压水室。这导致了压水室内的流动是整个泵段最为紊乱的,其内部充斥着大量各种尺度的漩涡。对截面面积不同的设计方案进行全流场水力计算,得到如下结论:在设计工况下,截面面积在一定范围内的变化对核主泵运行状态产生的影响很小,3方案扬程值效率基本相同,扬程值依次为17.96m、17.92m、17.95m,效率值依次为85.14%、85.23%、85.31%。但偏离设计工况,压水室截面面积变化会对核主泵的扬程和效率产生较大的影响。适度增大截面面积,能够提高核主泵的扬程和效率,如在1.2Q_d流量条件下,较大截面面积的方案较原始方案,扬程和效率分别提高了0.6m和2.15%。而且能够优化压水室内流结构,减小压水室内的压力梯度,降低压水室内的流速,使压水室内压力分布和速度分布更为均匀。而偏小的截面面积会使得压水室内的损失增大。