核能在工业生产生活中的地位日益突出,核主泵对反应堆安全、高效运转起到至关重要的作用。为了提高核主泵水力性能,为核主泵改进设计提供有效参考依据,本文以一台比转速为157.8的离心式核主泵为研究对象,主要研究内容和结论如下:1.叶轮和导叶间面积比对核主泵性能的影响研究。核主泵各过流部件及其参数相互之间协同关系复杂,所以首先基于面积比原理,推导得到导叶进口参数与叶轮出口参数间的耦合关系,利用面积比统一叶轮出口和导叶进口的众多结构参数,分析这一无量纲参数对核主泵性能的影响规律。保持叶轮结构不变,通过调节导叶进口参数控制面积比的大小,根据面积比公式选取的控制因素为导叶进口宽度、导叶进口安放角和导叶叶片数。结合数值模拟结果与工程经验为因素选取了适当水平值。通过数值模拟,利用正交试验方法得到额定工况下最佳面积比值和核主泵扬程、效率随面积比的变化曲线。在变化曲线上选取了三个有代表性的特征值,在不同工况下研究了面积比大小对核主泵性能的影响机制。研究过程中发现,面积比ξ=0.645时核主泵整体性能最好;流量从0.8Qd向1.2Qd的增大过程中,核主泵内能量损失增加,主要集中在导叶喉部位置;ξ=0.797时叶轮的做功能力和导叶的静压恢复能力最好,ξ=0.645时导叶损失最小,对流动控制作用强,但1.2Qd流量下压力回收能力较差;仅依靠提高某一水力部件的性能来改善核主泵的整体性能是不够的,改善各过流部件间协同关系更重要。2.导叶扩散度对核主泵性能的影响研究。在最优面积比的基础上还需要对导叶出口参数匹配进行优化,以全面改善导叶水力性能。因此定义了导叶扩散度计算公式,利用扩散度这一无量纲参数表征导叶出口结构参数间的协同关系,分析其对核主泵性能的影响机制。通过改变导叶出口参数调节导叶扩散度的大小,根据扩散度计算公式选择导叶出口宽度、导叶出口安放角和导叶叶片出口厚度作为控制因素,结合数值模拟的分析结果选取了因素水平值,利用正交试验方法,以数值模拟代替实验得到额定工况下最佳导叶扩散度和泵扬程、效率随扩散度的变化曲线。选取了三个有代表性的扩散度值,在不同流量工况下分析扩散度对核主泵性能的影响机制。研究发现,扩散度KD=0.025时核主泵整体性能最好;流量从0.8Qd向1.2Qd的增大过程中,导叶损失和导叶压力恢复系数增大,导叶内压力和速度曲线不均匀性增强;KD=0时导叶对流动控制作用强,压力恢复系数大,同时喉部扩散严重增大了湍流脉动强度,KD=0.045时导叶损失和压力恢复系数都较小;导叶喉部型线对导叶性能有重要影响,主要起导流作用,扩压作用太强反而不利于改善导叶性能,导叶喉部型线设计时应以尽量减小动能损失为主。