多级离心泵在工农业生产中应用广泛,提高多级离心泵的效率,不论是在节能减排还是在提高企业的产品竞争力上均具有重要意义。叶轮作为泵中重要的能量转换部件,其性能的好坏直接影响到泵的整体运行状况,由于叶轮内部的流动机理极其复杂,有必要对叶轮内的流动机理展开深入研究,以确定影响叶轮水力效率的主要因素。本文采用理论分析、数值计算和试验相结合的方法,首先从理论的角度定性分析影响叶轮内速度场和压力场分布特征的主要因素及其作用方式。然后结合理论分析的结果,探讨叶片型线的不同变化特征对叶轮水力效率的影响,并最终确定叶轮水力效率较高时叶片曲率半径的分布特征,以期为离心泵水力性能优化提供有价值的理论参考和方向指导。为提高多级离心泵水力性能的数值模拟精度,本文从计算域网格划分的方法、流动状态是否定常以及湍流模型的选取等方面进行了系统的研究分析,结果表明:与全计算域没有边界层网格、只在叶轮或压出室划分边界层网格相比,在全计算域范围内划分边界层网格的数值计算精度最高;与定常计算结果相比,非定常计算的性能预测曲线与试验曲线之间的吻合度更高;DDES湍流模型关于扬程、轴功率的预测精度明显要高于RNG k-ε湍流模型,但效率的整体预测精度略低于RNG k-ε湍流模型。在额定流量工况点,RNG k-ε湍流模型定常计算的数值模拟精度较高,因此后续的研究将采用RNG k-ε湍流模型和定常计算的方法,并在全计算域加边界层网格。通过对叶轮内流体质点的动力学特性进行理论分析,确定了旋转离心力、科氏力和曲面离心力对叶轮内流体质点运动特征的影响,并提出了叶轮水力优化的方向,结果表明:旋转离心力主要对流体质点进行做功;科氏力将流体质点由叶片工作面向叶片背面牵引,会导致叶片背面的流速高于工作面;曲面离心力促使流体质点由叶片背面向叶片工作面迁移,对改善叶轮内速度分布的均匀性产生积极影响。所以在叶轮的水力优化过程中,合理控制叶片曲率半径沿流动方向的变化趋势是调和科氏力及曲面离心力综合影响的关键。叶片型线是影响叶轮水力效率的重要因素,在叶片包角不变的前提下,通过改变叶片入口角、出口角及方格网流线的变化趋势,可以实现对叶轮型线沿流动方向变化特征的控制。以叶片工作面中心流线的曲率半径为几何特征物理量,系统地研究了叶片曲率半径的不同变化特征对叶轮水力效率的影响,结果表明:减小叶片的曲率半径,能够提高叶轮流道内速度分布的均匀性以减少水力损失,同时能够降低叶轮主做功区域叶片两侧的压差以减小轴功率,有利于提高叶轮的水力效率;当叶片的曲率半径在叶片入口附近沿流动方向呈现下降的趋势,并且在整个流动区间内保持较小的数值且连续光滑变化时,叶轮流道内的流场结构较好,叶轮的水力效率相对较高。基于叶片曲率半径分布特征控制的离心泵叶轮水力优化理论,在工程应用中取得了良好的效果,泵的试验效率较高且高效区较宽,水力设计一次性成功,由此也证明了优化理论的可靠性和可行性及其应用价值。