本文的研究是在国家科技支撑计划项目“百万千瓦级核电离心泵关键技术研究”(2011BAF14B04)、国家自然科学基金项目“水力机械的空化特性及对策”(51239005)和“离心泵进口流场畸变诱导低频频率特性的研究”(51349004)的资助下展开。　　余热排出泵作为核电站的关键设备，是余热排出系统(RRA)的主要组成部分，是除核主泵外唯一布置在核岛内的核Ⅱ级泵。在反应堆停运过程中，使反应堆冷却剂在RRA热交换器与反应堆压力容器之间循环以保证电厂进人冷停堆状态。由于余热排出泵必须能够承受任何瞬态机械载荷或水力载荷，故瞬态工况对系统安全的影响不可忽视。核电站正常运行时，RRA系统隔离、备用。然而，在一些特殊的设计基准事故中，RRA系统的立即投入是不可或缺的，因此对余热排出泵的启动可靠性有严格要求，研究实践表明，泵发生故障的多数场合（约30％以上）是出现在启停阶段，所以余热排出泵启动的可靠性在很大程度上决定了整个RRA系统的可靠性。因此研究余热排出泵启动过程的瞬态特性，对提高泵启动时的可靠性、稳定性和安全性以及对泵及整个系统的可靠设计具有重要意义。　　本文基于离心泵稳态性能的相关研究基础，采用理论分析、数值计算与试验研究相结合的方法，对处于不同启动状态的余热排出泵瞬态内部流场进行了研究，探索了余热排出泵启动过程中内部非定常流动演化机理，总结了余热排出泵启动过程的瞬态内流特性。本文的主要研究工作和研究成果如下:　　1.建立了基于MpCCI的Flowmaster-CFX双向耦合联合仿真分析方法，基于Flowmaster对余热排出系统进行仿真建模，为余热排出泵启动过程的瞬态内流计算及流固耦合计算提供计算条件。　　2.基于余热排出系统仿真模型，对三种不同启动过程的余热排出泵瞬态内部流场分别进行联合仿真计算，分析了不同启动过程中瞬态流场的压力脉动时域特性，泵内压力、速度分布规律以及叶轮和导叶流道内的旋涡演变过程。由于导叶内的非定常流动诱发了较为强烈的低频压力脉动，导致压力脉动最大强度出现在导叶出口各监测点处;叶轮出口处则由于叶轮与导叶间的动静干涉作用，压力波动非常剧烈。不同启动过程中的压力、速度分布规律基本相似，泵内压力任意时刻均表现为叶轮进口低压逐渐发展至叶轮出口处的高压，最大压力均出现在导叶处;泵内高速区则主要出现在叶轮叶片进口边及叶轮流道与导叶流道交接处。叶轮流道内的流体在惯性力的作用下，经历了旋涡的产生、分离、消失三个不同阶段，由此反映了启动过程中流体的惯性作用明显影响着流场的发展。　　3.基于余热排出泵启动过程瞬态内流计算结果，采用单向流固耦合方法，分别对余热排出泵三种不同启动过程的瞬态内部流场和结构场进行了联合求解，获得了余热排出泵不同启动过程中瞬态效应对结构场应力应变的影响规律。研究结果表明，启动过程中，流场和结构场之间的耦合作用使余热排出泵内部流场激励呈现不断往复振荡上升的趋势;应力、应变紧跟转速达到最大值;在叶轮加速结束时出现的应力、应变瞬时峰值，表现出明显的瞬时冲击效应。不同启动过程中发生变形的主要位置均位于叶轮后盖板靠近轮缘处，应力集中现象则主要出现在叶轮叶片与后盖板接合的位置以及泵轴轴承轴肩位置处。频繁的启动可能导致叶轮的严重变形，继而影响泵的运行，应尽可能预防和避免由于叶轮加速带来的变形量激增、应力过度集中以及疲劳破坏等一系列影响。　　启动过程中，余热排出泵内部流动演化表现出明显区别于稳态性能的瞬态效应，本文的研究内容和结论将为瞬态操作下的水力机械的性能预测及其优化设计提供一定程度的参考。