多级潜水泵在农业、矿业等方面有广泛的应用,具有结构紧凑、便于维修的优点。优化关键过流部件叶轮和导叶的相关参数对提高潜水泵的水力性能具有重要的意义。目前,对叶轮和导叶单一参数进行优化研究的成果很多,将两者协同设计的相关研究尚不多见。本文以200QJ50-65型多级潜水泵为研究对象,对叶轮和导叶关键参数采用单个参数优化与协同设计相结合的方法,通过数值模拟手段对潜水泵进行优化设计,提高了多级潜水泵的效率。主要包括以下几个方面。1)对原模型潜水泵的尺寸进行理论验证,通过对前两级潜水泵全流场数值模拟绘制出不同工况下的外特性曲线,并经过内部流场分析得到原模型泵效率较低的原因是叶轮和导叶压力梯度分布不均匀、流线紊乱以及存在低速漩涡区域。通过对潜水泵数值模拟结果与试验结果对比,验证了利用数值模拟分析泵内流体流动状态和预测泵水力性能的可靠性和准确性。2)在原模型泵不改变其他基本参数的前提下利用正交试验法,对叶轮出口与导叶进口参数的匹配问题做了研究,最终得到了最佳组合方案,效率为78.87%,扬程为15.80 m。接着选取了叶轮包角、导叶包角和导叶进口安放角三个基本参数进行优化设计,得到各个参数对多级潜水泵性能的影响规律,最终得到了设计工况下的多级潜水泵最佳模型,效率达到85.38%,扬程为14.44m。3)对叶轮和导叶叶片数进行协同设计,通过数值模拟得到了不同叶轮和导叶叶片数组合对多级潜水泵水力性能的影响规律,最终得到了设计工况下符合要求的最佳叶片数组合模型。优化后模型泵效率达到85.38%,扬程为1.44m。4)通过试验对优化后的潜水泵进行了性能测试,测试结果和数值模拟得到的水力特性曲线变化趋势一致,且误差在合理范围内。本文通过理论计算分析、三维全流场数值模拟与试验性能测试相结合的方法,得到各个参数对潜水泵水力性能的影响规律,设计了满足扬程的高效率多级潜水泵,可为多级潜水泵的设计、优化和应用提供参考。