混流泵同时具有高扬程和大流量的特点,是压水堆核电站反应堆冷却剂主循环泵(核主泵)的主要泵型。由于泵内流体的能量来自于叶轮转动,因此如何优化叶轮能量传递方式,提高其水力效率,成为了实现整泵内流有效控制的关键问题。本文以自主研发的混流式核主泵模型为研究对象,将叶轮分离出泵体进行专门研究,分析流体绕流叶片叶型的流动特征,以及流体反作用于叶片的载荷分布规律,探索混流叶轮内部流动分解方式。开展的主要工作及获得的结果如下:1.利用闭式试验台对核主泵模型进行性能试验,并且将试验结果与模拟计算结果进行对比,两者误差为3.5%左右,此结果验证了本文计算模型选择以及边界条件设置的准确性。2.通过对叶轮前后盖板方向叶片厚度变化规律的研究,得出不同叶型对叶轮能量性能、叶片表面静压和叶轮内流场特性的影响规律;对叶片前后盖板方向工作面和背面载荷的研究,得到叶片的做功特性;通过对叶轮出口端面速度和压力分布的研究得到叶轮出口能量的分布特性。3.通过将具有不同叶片厚度比的混流叶轮的相对轴面速度矢量分解至轴向与径向,进一步量化并分析三种速度的分布规律,得出该混流式叶轮内的主导流动方向及区域。即靠近叶轮出口部分流动以径向流动为主,其余位置流动方向均以轴向为主导。并且对三种速度曲线拟合,得出叶轮内轴面速度方程在轴向流动主导区域为三次多项式函数,而在径向流动主导区域为一次函数。4.利用推动系数表征叶轮对流体的推动能力,比较叶轮对流体在轴向与径向的推动系数发现,在该叶轮内的任何位置,轴向推动能力均大于径向推动能力,并且两个方向的推动能力以及差值越靠近后盖板越大。5.将叶轮配合导叶以及进出口段进行大涡模拟计算,捕捉叶轮内涡结构分布情况;对导叶流道进口的压力脉动进行监测,发现由压力脉动所引起的泵振动中,叶频为主导因素,并且较厚的叶片会引起较大的脉动幅值,不利于泵内部流动。6.针对叶轮不同区域的流动特点,对叶轮进行分区式优化,在近叶轮出口区域采用一般离心叶轮改变叶片出口角的优化方法,发现在一定范围内,相对较小的叶片出口角有利于提高叶轮的水力效率。