镜板泵是一种集成在水轮发电机组内部结构特殊的超低比转速离心泵。以镜板泵为动力源的冷却系统结构紧凑、运行可靠、维护方便,近年来,在大中型水轮发电机组中,采用镜板泵作为推力轴承自循环冷却系统的油循环动力已成为一种发展趋势。但到目前为止,国内外对镜板泵的研究并不完善如镜板孔型式较为单一,实际工程中主要按径向或后倾方向布置;常常忽略集油槽的水力性能,对集油槽与镜板的匹配关系考虑不充分。另外一方面,镜板泵的扬程和流量随发电机组的运行工况和循环冷却系统特性变化,目前工程设计中采用的镜板泵简化近似计算方法已不利于进一步提高循环冷却系统的可靠性和实现系统的高效运行。本论文针对上述问题,结合某大型水电机组镜板泵研制,采用基于数值模拟的性能预测方法对镜板泵进行系统的流体动力优化研究。具体研究内容和结论如下:1)油冷却循环系统的数值模拟。对某大型水电机组推力轴承模型油循环冷却系统的流动特性进行数值模拟,并通过模型试验验证数值模拟方法的可行性。利用循环冷却系统流动特性的计算结果为镜板泵初步设计提供流体动力性能参数要求,并完成镜板泵的初步设计。研究表明,油循环冷却系统特性的数值模拟可为镜板泵提供准确的设计参数。2)以初步设计的镜板泵模型为研究对象,采用基于CFD技术的多工况数值模拟技术对其内部流动进行数值模拟计算,并通过模型试验验证了计算方法的可靠性。3)镜板孔型式的优化设计。镜板泵叶轮是通过在镜板上开孔而成,在初步设计的镜板孔型式(直孔)基础上,重新设计5种型式的镜板孔(斜孔、折孔、圆弧孔等)方案,并分别与同一集油槽相配合,针对镜板在正反转工况下分别对不同模型组合进行模拟计算。结果分析表明:在配合螺旋形集油槽时,对于发电机单向旋转的立式水轮发电机组,减小镜板孔的出口安放角有利于减小集油槽内的能量损失;镜板孔进口安放角对镜板以及镜板泵的整体性能有重大的影响,应根据实际情况恰当选取。斜孔型式的镜板泵是发电机单向旋转时最合理的选择,而折孔(两个出口)的镜板泵是发电机存在双向旋转工况时最合理的选择。4)集油槽的优化设计。基于CFD方法,通过不同模型组合的数值模拟计算,探讨了集油槽断面形状以及集油槽出口总面积与镜板泵水力性能的关系。结果分析表明:集油槽断面型式对镜板泵性能影响微弱,设计过程中可以仅从制造工艺的角度考虑而不用顾及断面形状对镜板泵性能的影响;采用现有资料和设计方法设计的集油槽出口总面积偏大,在结构允许的情况下,应适当减小集油槽出口的总面积以提高镜板泵的流动效率。本论文的研究成果能对提高镜板泵性能以及保证推力轴承油循环冷却系统的安全性、可靠性和稳定性提供理论支持,进一步完善了此类特种离心泵的设计理论和方法。