反渗透海水淡化技术是主流的海水淡化技术,在解决水资源危机上发挥重要作用。海水淡化高压泵是反渗透海水淡化系统的核心动力组件,其性能直接影响淡化系统运行能耗的大小。本文进行大型海水淡化高压泵优秀水力模型及内部流动的研究,对提高高压泵的性能及降低产水能耗具有重要意义。本文依托“十三五”国家重点研发计划《大型膜法海水淡化关键设备及部件开发》(2017YFC0403703)课题,基于CFD技术及试验测量,研究了高压泵优秀水力模型筛选、内部流动、叶轮和导叶匹配特性、轴向力、径向力以及压力脉动分布规律,为高压泵的优化设计提供参考。本文的主要工作如下:(1)分析了反渗透海水淡化技术原理及高压泵的运行方式,研究了海水淡化操作压力随四季水温变化对高压泵运行的影响,并指出高压泵水力设计应有一个宽广的高效区,且高压泵的最高效率点应偏向大流量工况。(2)结合相似换算法及泵水力设计软件设计出3组叶轮和导叶结构,组成9组方案进行优秀水力模型的筛选。根据数值计算得到的外特性以及不同工况下各方案的流线分布,确定方案3为最佳方案。对方案3水力模型加工实体泵进行外特性试验,试验结果和数值计算结果较为吻合,验证了数值计算的可靠性。(3)以方案3的水力模型为基础,分别改变叶轮叶片出口宽度、叶轮和导叶叶片数、叶轮和导叶喉部面积比等,对叶轮和导叶的匹配特性进行了研究。结合外特性曲线以及压力分布、流线分布和湍动能分布对各种方案的数值计算结果以及流场分布规律进行了分析,优选出最佳参数组合。(4)选择最佳匹配性能的模型组装成多级泵进行数值模拟和性能预测,获得了外特性及内部流场分布。结合外特性和流线、湍动能分布对多级泵各级的差异性进行了研究。计算和分析了各级叶轮的轴向力,研究了各轴向分力和总轴向力的分布规律,发现总轴向力大小并不是随流量呈线性规律变化,其大小与泵的运行状态密切相关,在最高效率点处轴向力较小。(5)对多级泵进行非定常数值计算,在各级叶轮、正反导叶流道设置监测点,分析了不同工况下不同级间各监测点的压力脉动时域和频域变化规律。计算和分析了各级叶轮的径向力,发现叶轮径向合力随时间呈周期性变化,在小流量工况波峰、波谷数与叶片数相一致,在大流量工况径向合力增大且波峰、波谷数量增多,设计工况下径向合力最小。