伴随着经济的高速发展,能源问题成为全世界关注的焦点,核能的开发与利用,已经成为适应经济发展的必然趋势。驱使冷却剂在RCP系统中循环流动的泵(简称核主泵),它是确保核反应堆安全可靠运行的最为关键的部件之一,属于核电站的一级设备。核主泵不仅要在大流量、高功率下运行,而且还必须能承受高温高压强辐射的三维工作环境。在保证核主泵能够安全、稳定工作的条件下,以优化核主泵过流部件的性能为目的,本研究以AP1000核主泵缩比模型泵为研究对象(缩比系数为0.5),对导叶这一重要的过流部件进行了优化研究:首先,本文在核主泵导叶叶片均匀变化的前提下,通过改变导叶叶片数、导叶叶片厚度以及导叶圆周旋转角,结合原始模型数据、及经验的前提之下,改变泵模型参数,从而来研究导叶均匀变化对核主泵性能的影响。研究结果发现:在设计工况下,在只改变导叶叶片数、导叶叶片厚度、导叶圆周旋转角中某一个变量,其他设计参数均不变时,导叶叶片数为18、导叶叶片厚度为原厚度、导叶圆周旋转角为8°时,泵的扬程和效率最高,导叶整体流道以及压水室内的流场分布也更加均匀;而导叶叶片数为16、导叶叶片厚度均匀增厚1.5倍、导叶圆周旋转角为16°时,导叶的消除液流速度环量的能力较强、导叶内的水力损失也较小。这说明导叶出口液流的速度环量并不是越小越好,存在使得泵性能最佳的最优导叶出口液流速度环量。最优的导叶出口液流速度环量能够使液体在流动时更好地贴近壁面,防止形成脱流,从而使流场分布更加均匀,有效提高泵的整体性能。其次,本文还着重研究了导叶叶片厚度对核主泵性能的影响。与前面研究所不同的是:在综合考虑了导叶叶片结构强度以及导叶叶片间的排挤的前提下,对导叶叶片进行了非均匀加厚。通过数值模拟方法预测了只改变导叶叶片厚度的五种核主泵模型的水力性能。结果表明:设计工况下,导叶叶片均匀减薄0.5倍时,导叶间的排挤减小,但导叶的导流能力以及能量转化能力下降,最终使得核主泵的扬程、效率降低;导叶叶片前1/2段均匀加厚1.5倍时,形成的“前厚后薄”的导叶结构,较其它四种方案,其流场分布最为均匀,导叶内的流动损失也最小,模型泵的扬程、效率最高。这说明在满足导叶叶片结构强度的前提下,可根据导叶流道的不同相对位置,结合其不同流动状态对导叶叶片进行非均匀加厚,以减小流道内的水力损失并最大程度地将动能转化为压能,从而来提高核主泵的内外特性。最后,本文对导叶叶片非均匀布置结构进行了研究。通过观察原模型泵内流体的真实流动,发现在靠近右侧隔舌的导叶出口及蜗壳右侧隔舌处流动最为紊乱。因此对靠近右侧隔舌处的导叶进行了非均匀布置。对这个导叶叶片进行了旋转,分别旋转了+5°、-5°、+10°、-10°、+15°、-15°。这样就形成了导叶非均匀布置的结构。研究结果发现:当旋转角θ为+10°时,核主泵的扬程、效率最高,θ=-5°时最低,效率最大相差3.86%,扬程最大相差可达1.60m。同样在θ=+10°时,导叶内以及蜗壳内的水力损失均最小。与此同时,观察核主泵内的内流场不难发现,设计工况下,θ=+10°时,导叶出口中心截面流线分布最为均匀且顺畅、湍动能的变化范围也最小、压水室出口轴面速度矢量分布的二次流现象也得以明显改善、蜗壳内的三维流线分布也较其他几种方案来说更为均匀。说明此时的导叶布置结构能够对液流进行较好地整流并把液流输送到蜗壳内,有效减小导叶以及压水室内的水力损失,改善泵内部的流动状态,提高核主泵的性能。