由于熔鹽具有良好的蓄熱、導(dǎo)熱能力以及穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，使得熔鹽在未來核能和光熱電站中有著巨大的應(yīng)用潛力。熔鹽泵是輸送高溫熔鹽的關(guān)鍵設(shè)備，運行溫度可高達700～1000℃，且熔鹽密度高、粘度大，這些均給熔鹽泵的設(shè)計和穩(wěn)定運行帶來了巨大挑戰(zhàn)。因此，高溫熔鹽泵的研發(fā)已成為當前水力機械領(lǐng)域的一個重要課題。為了探索高溫熔鹽泵的設(shè)計和分析方法，本文采用理論分析、數(shù)值計算與實驗測試相結(jié)合的方法對立式高溫熔鹽泵的過流部件進行了水力設(shè)計，并從靜力學(xué)強度和動力學(xué)特性兩個方面對其運行可靠性進行了分析和研究。本文研究的主要內(nèi)容和成果有：
（1）概述了高溫熔鹽泵在不同領(lǐng)域的應(yīng)用以及面臨的主要問題；回顧了離心泵數(shù)值模擬和流熱固耦合的研究進展；介紹了流體計算和流熱固耦合研究的理論基礎(chǔ)。
（2）根據(jù)高溫熔鹽泵的使用需求進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對葉輪、導(dǎo)葉和環(huán)形蝸室進行了水力設(shè)計，給出了過流部件主要尺寸的確定方法和計算過程；結(jié)合樣機實驗對設(shè)計方案的水力性能進行驗證，實驗結(jié)果表明設(shè)計方案合理，滿足設(shè)計要求。
（3）對高溫熔鹽泵進行全流場定常數(shù)值模擬，計算了高溫熔鹽泵輸送水和熔鹽兩種介質(zhì)時的水力性能；根據(jù)數(shù)值計算結(jié)果，對高溫熔鹽泵的內(nèi)部流動特性進行了分析。結(jié)果表明：熔鹽泵在輸送水介質(zhì)時，運行效率會略高于輸送熔鹽介質(zhì)的效率，設(shè)計點時兩者相差0.96個百分點；相同工況時，水的靜壓要顯著低于熔鹽介質(zhì)的靜壓，其中設(shè)計工況水的靜壓為0.35MPa，僅為熔鹽靜壓的53.8％；在大部分運行工況下，導(dǎo)葉內(nèi)均有一定的漩渦和回流現(xiàn)象出現(xiàn)；環(huán)形蝸室出水管的布置會對熔鹽泵內(nèi)壓力分布產(chǎn)生明顯影響，靠近出水管的區(qū)域壓力會低于其它區(qū)域；小流量時葉輪內(nèi)出現(xiàn)較大的漩渦，隨著流量的增加，漩渦會逐漸消失。
（4）對高溫熔鹽泵啟動時溫升過程的溫度場分布進行了計算，以葉輪中心的徑向平面和出口管中心的軸向平面作為分析截面，對溫度分布進行了分析，結(jié)果表明：溫升過程中，不同時刻下軸向平面和徑向平面的溫差基本保持不變，且軸向平面的溫差高于徑向平面的溫差；溫升速率的提高會增加泵內(nèi)的溫差，當溫升速率由8℃/s升高到12℃/s時，軸向和徑向溫差均增加2℃；隨著流量的減小，熔鹽泵內(nèi)部溫差將會顯著升高，流量由1.2Qd減小到0.3Qd時，泵內(nèi)徑向平面溫度差由5℃增加到20℃，軸向則由11℃增加到53℃；在熔鹽泵設(shè)計時，其軸向要留出較大的熱變形余量，而溫升過程要盡可能的采取較大的溫升流量以保證各部分不致產(chǎn)生過大的溫差。
（5）基于流熱固耦合對葉輪在不同溫升條件下的應(yīng)力大小進行了計算和分析，結(jié)果表明：1.0Qd下，以10℃/s速率進行溫升時，由溫差導(dǎo)致的熱應(yīng)力為5.08MPa，僅為機械應(yīng)力的37.6%，介質(zhì)流固耦合產(chǎn)生的機械應(yīng)力是溫升過程葉輪承受的主要載荷；溫升過程機械應(yīng)力和熱應(yīng)力的波動較小，不同時刻兩者的波動分別為0.6%和1.4%；溫升流量的增加有利于降低葉輪應(yīng)力，流量由0.3Qd增加到1.2Qd時，機械應(yīng)力和熱應(yīng)力的降幅分別為38.31%和80.19%，熱應(yīng)力的降幅更大；溫升速率的提高會導(dǎo)致熱應(yīng)力明顯提高，而機械應(yīng)力變化較?。换贏SME標準對葉輪在1.0Qd，溫升速率為10℃/s時的結(jié)構(gòu)強度進行了校核，結(jié)果表明葉輪強度合格。
（6）針對熔鹽泵高溫的運行環(huán)境，對結(jié)構(gòu)體的模態(tài)進行了多相位計算和分析，結(jié)果表明：熔鹽泵轉(zhuǎn)動和靜止部件的前6階固有頻率均遠離泵內(nèi)主要的流動誘導(dǎo)激勵頻率；不同相位下，熔鹽泵各階固有頻率變化較小，轉(zhuǎn)動部件和靜止部件固有頻率的變化分別為0.5%和0.7%；預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下模態(tài)的固有頻率相對無預(yù)應(yīng)力時有所升高，且轉(zhuǎn)動部件的固有頻率增幅更高，轉(zhuǎn)動部件和靜止部件增幅分別為1.35%和0.74%。
（7）基于Workbench對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速進行了計算，并研究了軸向和徑向支撐剛度對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速的影響，計算結(jié)果表明軸向和徑向支撐剛度分別增加到7×106N/m和1010N/m時，臨界轉(zhuǎn)速不再增加，此時的支撐可以等效為剛性；根據(jù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的安全工作范圍確定了轉(zhuǎn)子徑向和軸向支撐剛度的取值范圍。
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