AP1000化容补水泵等特殊低比转速多级离心泵在性能上不但具有小流量高扬程的特点,还需保证从关死点到最大流量的多个工况的性能同时达到使用要求。同时,结构的紧凑性,以及小流量不稳定和大流量过载等问题也是低比转速泵设计需要重点关注的问题。本文为形成结构紧凑、稳定性好、满足多工况性能要求的低比转速多级离心泵设计方法,以AP1000化容补水泵为实例,研究半开式多平衡孔复合叶轮和涡形双流道导叶的性能,建立其三维流场模拟和性能预测方法,基于计算流体动力学(CFD)技术改进设计了满足多工况性能要求的水力模型。探讨了低比转速多级离心泵半开式叶轮、复合叶轮和导叶的设计原理和方法,给出关键参数的确定方法,分析了半开式直叶片复合叶轮和涡形双流道结构的设计要点。给出了半开式叶轮离心泵全流道三维流动数值模拟方法,以单级半开式叶轮离心泵为模型,考虑叶轮前后间隙、平衡孔、口环间隙等结构,分析不同建模形式、湍流模式、离散方法对性能曲线预测计算精度的影响,完善和验证了基于三维流动模拟的性能预测方法。为满足AP1000化容补水泵四个特殊工况点的性能和结构紧凑型要求,设计了半开式多平衡孔复合直叶片叶轮和涡形流道式导叶结构,建立了包含叶轮、导叶、叶轮前后间隙、密封口环和平衡孔的三维全流道实体模型。基于本文验证的流场三维数值模拟方法,预测全工况下的水力性能,分析了决定低比转速多级离心泵各工况性能的关键参数。基于模拟结果给出了改善低比转速多级离心泵性能的结构或设计建议,并改进了过流部件结构,使AP1000化容补水泵模型满足多工况运行可靠和大流量不过载的设计要求。本文给出的多级离心泵叶轮与导叶的设计方法,以及相应的三维流动数值模拟和性能预测方法,水力性能上满足了多工况运行的要求,对低比转速多级离心泵研究与核电系统补水泵研发具有一定意义。