风能离心泵系统是一种绿色新能源技术，它首先将风能转换为电能，然后通过蓄电池利用电机带动水泵运转，目前对风电提水系统的研究主要集中在对风电机组的性能改进、变频控制技术的研究，而对与之匹配的水泵研究甚少。传统的叶片泵设计方法只是按设计工况设计，并不能满足风能离心泵超宽运行工况的要求。因此，扩大泵运行高效区，提高风能离心泵系统的效率，优化蜗壳与叶轮的匹配特性，对风电提水系统的节能降耗有着重要意义。　　本文基于析因试验对应用于风力提水系统的离心泵进行优化设计，求出最优参数组合，通过研究不同蜗壳型式对离心泵性能的影响，优化蜗壳与叶轮的匹配特性，建立超宽高效运行区的风能离心泵多工况水力优化设计方法，并通过外特性和PIV试验给予验证。主要研究工作及取得的成果如下:　　1.基于析因试验的风能离心泵叶轮优化设计。以离心泵多个工况点的效率和扬程作为设计指标，叶轮水力参数为自变量因子进行析因试验。根据给出的试验计划，对11种方案进行水力设计、三维造型，采用六面体结构化网格对各方案进行全流场数值模拟，获得11种方案的指标数据并进行分析。　　(1)研究不同工况下试验因子对效率的影响，分析了自变量因子的主效应、交互效应，根据方差分析拟合出合适的模型。　　(2)根据优化目标要求，优化离心泵在0.6Q、0.8Q、1.0Q、1.4Q四个工况点的效率，获得符合目标要求的叶轮参数值，重新设计叶轮并进行数值试验。优化后叶轮效率曲线平缓，运行高效区范围扩大，叶轮在四个工况点加权平均效率为69.39％，提高了2.8个百分点。　　2.进一步探索提升风能离心泵性能指标的途径，研究不同隔舌安放角对风能离心泵外特性和内部流场的影响，获得不同工况下离心泵的内外特性、压力脉动及径向力，实现叶轮与蜗壳的最优匹配，确保风能泵的高效稳定运行。　　(1)不同隔舌安放角对离心泵的性能有较大影响，当隔舌安放角由23°逐步增大到33°时，离心泵的扬程有所提高，水力效率的高效范围变宽且最高效率点向大流量方向偏移。　　(2)隔舌安放角变化对叶轮内部相对速度整体分布趋势影响不大，但蜗壳内部的旋涡强度及演化过程受到隔舌安放角的影响较大，且随着隔舌安放角增大，流场越稳定。　　(3)在隔舌安放角为23°时，各工况下压力脉动幅值以及作用在叶轮上的径向力明显大于其他两种型式的蜗壳，且在小流量工况下叶轮径向力随着隔舌安放角的减小并逐渐偏向于Y轴正向;在设计流量和大流量工况下，三者的径向力基本呈对称分布。研究发现，增大隔舌安放角能有效改善隔舌处的压力脉动并减小叶轮所受的径向力。　　3.对优化风能离心泵最优组合进行外特性试验和PIV测试。分别将外特性试验、PIV测试结果与数值模拟结果进行对比，数值计算的扬程平均高于实验值4％左右，小流量工况下试验值与预测值较为接近，大流量工况下存在一定差异，但总体趋势基本一致;数值模拟内流场与PIV测试内部流场的分布较为吻合。因此，本文采用的数值方法能够较准确地预测离心泵的内、外特性，采用的数值计算方法作为试验实施手段进行风能离心泵的优化设计是准确和可行的。通过PIV测试研究0.6 Q～1.4Q工况范围内叶轮和蜗壳内部流场相对速度分布，研究结果表明，在较宽工况区间内叶轮流道内速度分布较均匀，能量转换率高，平均效率较高;全局工况下蜗壳流道内流动较为平稳，蜗壳内部流线与螺旋线方向基本一致，蜗壳内损失较小，蜗壳与叶轮匹配性较好。