由于起步较晚、前期投入不足,我国核电产业的核心设备——核主泵主要依赖进口。中美贸易摩擦的持续升温启示我们,只有把核心技术掌握在自己手里,才能掌握真正的话语权而不受制于人。因此,只有通过加大对核主泵的研发力度,开展基础研究,培育我国的自主设计、制造能力,才能摆脱受制于人的技术困局,促进我国核电事业的快速发展。在核电站安全评价体系中,发生破口失水事故(LOCA)时核主泵的安全性能是必须考虑的。当破口事故发生在核电站冷却剂主管路进口段时,根据破口大小的不同,核主泵处于不同的工况:当冷却剂进口主管路出现小破口时,随着系统回路压力的降低,核主泵内极易发生空化现象,此时核主泵处于正转水泵工况;当大破口发生在冷却剂进口主管路时,核主泵进口的压力迅速降低,在出口高压的作用下会出现核主泵正转而冷却剂逆向流动的现象,此时核主泵处于正转逆流工况,在此过程同样可能出现空化现象。为了了解发生进口破口失水事故时核主泵的运转特性,本文以CAP1400核主泵为研究对象,采用数值模拟和试验相结合的方法,对破口事故时核主泵内流场的压力脉动特性进行了深入研究,研究的主要内容和结论包括:(1)对核主泵在设计工况的运行状态进行数值模拟,研究了核主泵流场内不同位置的压力脉动特性,并结合内流场对相关现象进行了分析。研究发现:采用类球型设计的泵壳内压力分布不均,这对叶轮、导叶内的压力分布产生了很大影响,直接导致叶轮出口的压力脉动峰值出现周期性持续震荡;同时还发现同一叶轮流道内不同位置的压力脉动的主频并不完全相同。(2)在研究空化对核主泵内压力脉动的影响时发现:空化初生阶段,核主泵进口、叶轮内的轴频信号的幅值都会出现不同幅度的增加,之后轴频幅值随着空化的发展迅速降低;在严重空化阶段,核主泵进口、叶轮、导叶内监测点都会出现低频脉动信号,其强度随着空化的发展不断增强;对数值模拟的结果进行了试验验证,试验结果与数值计算得出的结论相吻合。(3)在对正转逆流工况下核主泵的压力脉动特性研究时,对比分析了正转逆流工况与正转水泵工况下核主泵内压力脉动特性的不同;同时研究了正转逆流工况下流量对核主泵内压力脉动的影响,并结合核主泵的内流场对相关现象进行了分析,研究发现:与正转水泵工况相比,正转逆流工况下核主泵流场内的压力脉动强度极大,且随着逆流流量的增大,核主泵内的压力脉动强度大幅增强;在此过程中,核主泵内的流动变得异常紊乱,流场内不同位置的压力脉动频谱中都出现了不同频率的信号,对结合内流场分析发现这些信号的出现与流场内的不规则流动有关;(4)研究了正转逆流工况时空化对核主泵内流场的影响,发现正转逆流工况下流场内空化汽泡的产生位置、空化发展过程与正转水泵工况都不相同;与正转水泵工况相比,正转逆流工况下核主泵内的空化发展速度十分缓慢,在正转逆流工况泵的扬程会随着泵内空化的发展不断增加,有时甚至还会出现陡增,当发展到严重空化时泵的扬程则会出现骤降,从内流场的角度对这种规律进行解释;同时发现在正转逆流工况下,与含气率相比,泵的扬程对空化状态更敏感,因此可以利用扬程上升百分比对正转逆流工况泵内的空化状态进行判断;(5)对正转逆流工况发生空化的核主泵的压力脉动特性研究时发现:随着空化状态的发展,核主泵进口监测点、叶轮内监测点的主频峰值都逐渐降低,在此过程中出现了大量的低频脉动信号,这种规律在叶轮进口监测点表现的尤为明显;与其他位置相比,核主泵进口更易捕捉到与空化相关的脉动信号。(6)在通过试验验证了数值模拟结果的可靠性之后,利用核主泵进口频谱中随空化出现的低频信号和主频信号随空化状态的变化规律,提出了一种利用压力脉动幅值函数判断空化状态的方法。利用正转水泵工况的试验数据和模拟数据验证了这种方法的可行性,同时应用这种方法对正转逆流工况下核主泵的空化状态进行判别。