多级离心泵是一种具有两个及以上叶轮的高扬程离心泵,广泛应用于化工、电力、消防等领域。其内部流场相较于单级离心泵来说更加复杂,包括了由于内部转子和定子之间相对位置周期性变化和压力场边界条件变化而引起的流动变化,同时由于转子的高速运转,其轴系转子系统受力情况复杂且往往伴随着振动,可能会对设备造成冲击破坏,严重影响多级离心泵的安全稳定运行。本文以GRD-100型化工多级离心泵为研究对象,对叶轮进行了水力优化设计,并且对其轴系转子部件进行了动力学的相关研究,主要研究工作和结论如下:（1）介绍了国内外关于多级离心泵的研究现状,较全面地比较了国内外多级离心泵的发展历程;介绍了国内外关于转子动力学方面的研究现状,归纳了转子动力学理论体系的发展史及若干分析方法。（2）利用UG软件对多级泵流体域模型进行了建模,通过ICEM CFD划分网格并进行了无关性验证得到了合适的网格数量,基于CFX对其内部流场进行了定常数值计算,结果表明扬程、效率模拟结果与实验结果较为吻合。（3）基于Central Composite Design-响应面优化分析方法对多级泵叶轮的四个关键设计参数:叶轮叶片数、叶轮直径、叶片包角、叶片出口宽度进行了优化设计。结果表明叶轮直径和叶轮叶片数对叶轮扬程影响相比叶片包角、叶片出口宽度更加显著。得到了叶轮扬程的回归模型,代入原泵叶轮设计参数得到的预测值与模拟结果偏差为2.4%,且在尽可能提高扬程的情况下求解得到了一组优化后的叶轮设计参数并进行建模。（4）基于前文定常模拟计算的结果,对多级泵不同级数叶轮、导叶在不同流量工况点下的内部非定常流动进行了模拟计算,并对0.8Q、Q、1.3Q三个工况点进行了压力脉动分析以及径向力分析,结果表明:导叶、叶轮对对方流道内的压力脉动起主导作用;级数越高,叶轮及导叶所受到的流体压力更大;大流量工况点下的压力脉动幅度均大于小流量工况点;受到动静干涉的影响,导叶中脉动频率的幅值大于叶轮中脉动频率的幅值;径向力随着流量的增大而减小,叶轮所受径向力受到叶轮叶片数的影响。（5）对多级泵筒体及叶轮进行了静力学分析,结果表明:在取最大允许工作压力24 Mpa的情况下,多级泵筒体最大应力值为225.83 Mpa;不同流量工况点下的各级叶轮形变均集中在各流道出口位置,且后盖板形变大于前盖板,随流量增加呈现出先减小后增大的趋势;不同工况点下越靠近叶轮边缘位置应力越大,最大应力值随着流量的增加呈现出先增大后减小的趋势。（6）对多级离心泵轴系转子系统进行了“干”、“湿”模态分析,结果表明:“干态”分析中,对轴系转子添加了预应力之后,结构的前六阶固有频率均有了不同程度的提升;“湿态”下结构的固有频率相比干态下降了14%左右;通过坎贝尔图得出该泵在“湿态”下第一阶临界转速为6399.6 r/min,偏离其工作转速的20%以上,该多级离心泵轴系转子不会发生共振现象。