核主泵是核反应系统中主要的动力输送装备,其高效稳定运行是核电安全的重要保障。叶轮口环密封作为核主泵重要部件之一,其间隙泄漏流与泵进口主流发生交互作用,进而造成泵内不稳定瞬态流动,给核主泵的安全可靠运行带来严重威胁。目前,关于口环间隙流的研究大多基于离心泵展开,而基于核主泵的间隙流动相关研究较少。因此,本文通过对比不同口环密封结构,探究口环间隙流对核主泵性能及转子动力学特性的影响,对核主泵结构优化及稳定运行具有重要意义。首先,本文针对有无口环密封结构,采用数值模拟方法,研究了口环密封间隙流对核主泵内外特性的影响机理,揭示了有无口环密封叶轮结构应力应变分布规律。研究表明:考虑口环密封时,泵整机及叶轮的扬程在设计工况点分别降低了1.65%和1.23%,效率降低了2.43%和2.56%,且在大流量工况时下降幅度更大。口环间隙流主要影响叶轮入口流体的轴向速度,从而造成泵内不稳定流动的发生,并最终影响泵内压力速度场的分布。其中,考虑口环密封时叶轮进口及导叶流道中间位置压力变化最明显,分别降低了22.07%和19.73%,叶轮径向力载荷的极值明显增大、方向发生偏移、高频脉动数量增多,叶轮结构最大形变量和最大等效应力位置发生改变,模态频率减小,其应力及应变随相位变化幅度减小。其次,对不同口环密封结构核主泵内外特性及结构动力特性进行研究。分析口环密封结构变化对核主泵稳定性影响机理,阐明了密封结构对过流部件形变和应力分布的影响机制。研究表明:采用平面密封、迷宫密封和螺旋密封时,核主泵口环泄漏量依次减小,扬程、效率、径向力依次增大。设计工况下,相比平面密封,迷宫密封和螺旋密封口环泄漏量分别降低了13.9%和48.3%,扬程提高了0.48%和1.12%,效率提高了0.36%和1.33%,径向合力主频幅值分别增加了12.63%和16.37%。泵前腔流动受口环结构变化影响明显,螺旋密封泵前腔旋转壁面压力分布周向不均匀性最大,由此造成叶轮径向受力差异。不同口环结构叶轮最大形变量与最大等效应力分布位置不变,但大小不同,同一相位下,平面密封、迷宫密封、螺旋密封形变量值依次增大,等效应力值及叶轮模态频率依次减小。说明口环结构的变化对核主泵的稳定运行产生重要的影响。最后,进一步运用转子动力学理论和有限元计算方法,建立密封-转子耦合系统运动模型,分析了口环结构变化对转子稳定性影响规律。结果表明:口环结构变化改变了口环密封激励力,进而影响口环密封动力参数,迷宫密封结构主刚度系数最小,螺旋密封结构主刚度系数最大,相比迷宫密封提高了49.4%。不同口环结构计算得到的模态振型变化规律一致,相比流固耦合效应,间隙环流效应对转子临界转速影响较大,且对第一阶临界转速影响最明显,相比转子“干”态临界转速,间隙环流效应下平面密封、迷宫密封、螺旋密封分别使得转子第一阶临界转速提高了24.8%、20.7%、26.7%。综上结果可以得出,口环密封间隙流对核主泵内外特性及结构动力学响应具有重要影响,对核主泵进行结构优化及数值计算时不可忽略间隙流动的影响。此研究结果将为核主泵稳定运行及结构可靠性设计评估提供重要的参考价值。