节段式多级离心泵是一种广泛应用于工农业等国民经济各个行业的机械装备，由于其结构的复杂性，水力性能优化和平衡轴向力一直是多级离心泵的研究重点。本文以型号为D46-50X4的节段式多级离心泵为研究对象，利用PCAD、UG8.0、Ansys meshing、Ansys cfx、tecplot和origin等软件对多级离心泵进行水力设计、三维建模、网格划分、数值模拟计算、流场分析、流场信息读取和数据处理。主要研究内容如下：　　（1）在D46-50X4多级离心泵原模型的基础上调整叶轮和导叶的尺寸参数，从降低水力损失的角度进行水力优化改进，利用PCAD二维水力设计软件绘制了离心圆柱叶轮和径向导叶的二维水力图，并在三维造型软件UG8.0中完成其三维建模。　　（2）建立D46-50X4多级离心泵原模型和改进方案的单级全流场计算模型，采用Ansys-meshing软件进行混合网格划分，并导入CFX软件中对其内部流动进行数值模拟计算。将原模型和改进方案分为叶轮、泵腔、导叶三部分进行研究，根据参考文献公式，分别计算得出三部分的扬程和效率，并结合原模型和改进方案单级的流量-扬程、流量-效率和流量-轴功率曲线进行外特性分析。　　（3）在原模型和改进方案的单级全流场计算模型上分别做出叶轮和反导叶的中间截面，选取0.5Q、1.0Q、2.0Q三个工况点的内流场进行研究，对比三个工况下各个截面的速度流线图和静压云图，分析叶轮、泵腔和导叶内的能量转换规律与各项水力损失，将设计工况点下的原模型与改进方案进行对比，模拟结果表明，设计工况点下的原模型叶轮和导叶内部均有不同程度的漩涡，而改进方案的叶轮与导叶各处漩涡基本消失，大大降低了流动损失。　　（4）建立多级离心泵原模型和改进方案四级整机全流场模型，通过数值模拟计算预测其外特性曲线，并与原模型四级整机测试结果进行对比。结果表明改进后方案的额定工况下扬程提高了43m，效率提高9.2％，达到了国家标准，取得了较好的优化改进效果。并将数值模拟与测试的外特性曲线进行了对比，分析了两者的差异，数值模拟的性能曲线与测试曲线趋势相一致，两者误差在允许的一定范围内，说明数值模拟可以较准确地预测多级离心泵的性能，为进一步优化改进多级离心泵提供参考。　　（5）建立了叶轮和导叶对中、叶轮相对导叶左移1mm、叶轮相对导叶左移2mm、叶轮相对导叶右移1mm、叶轮相对导叶右移2mm五种装配关系的单级全流场水体模型，选取0.25Q、0.5Q、0.8Q、1.0Q、1.5Q、2.0Q六个工况点进行数值模拟计算，根据计算得到的单级扬程、效率和轴向力及其分力值，做出不同工况下不同轴向间隙流量-扬程曲线图、不同工况下不同轴向间隙流量-效率曲线图、不同工况下不同轴向间隙流量-轴向力曲线图、不同工况下不同轴向间隙流量-叶轮前盖板受力曲线图、不同工况下不同轴向间隙流量-叶轮后盖板受力曲线图、不同工况下不同轴向间隙流量-叶轮流道受力曲线图，分析总结了多级离心泵轴向力及其分力、单级扬程和效率在不同工况、不同轴向间隙时的变化规律。