离心泵是应用最广泛的流体机械之一，但是普遍存在效率低、流动不稳定、抗汽蚀性能差等问题；加之全球市场竞争日益激烈，提高性能、降低研发成本和缩短设计周期的压力迫使叶轮机械设计研究者不断改进设计方法。近年来，CFD技术广泛应用于叶轮机械内部三维粘性流场的数值计算中，已取得了可喜的研究成果，与此同时也出现了许多性能良好的优化算法。随计算机技术的飞速发展，CFD技术的应用不再局限于对离心泵内部流场的研究和分析，而是与优化算法结合来提高离心泵的效率、减小流动损失、拓宽叶轮稳定运行的高效区。　　本文着眼于叶轮机械叶片优化设计方法的实现，对离心泵进行优化设计，在此基础上发展了适合叶轮机械优化设计方法。　　叶轮和蜗壳是单级离心泵最重要的两个过流部件，其优化设计对节能降耗有着重要意义。本文以单级离心泵为研究模型，采用优化算法与数值模拟相结合的方法，对其叶轮进行优化设计，并通过数值模拟系统研究了其内部流动机理。蜗壳是单级离心泵另一个重要的过流部件，蜗壳的设计以及与叶轮的匹配关系同样影响着离心泵的性能。因此，在对叶轮优化设计和内部流动状态进行研究的基础上，对蜗壳进行改进设计，研究蜗壳与叶轮匹配关系有着重要意义。　　本文主要内容和研究成果如下：　　1.为了使 CFD技术有效地应用于离心泵的优化设计中，研究了控制方程的离散格式，阐述了零方程Balding-Lomax模型、一方程 Sparlart-Allmaras模型和标准κ□ε湍流模型的构造形式，并详细介绍了生成高质量网格的方法以及加速网格收敛的技术。以单级离心泵叶轮为研究对象，利用NUMECA-Autogrid5模块，对一比转速为232的离心泵叶轮进行全六面体结构化网格的划分；以NUMECA-Fine/Turbo软件为计算平台，对其进行内部三维定常流场的数值模拟研究，为后续优化设计网格划分和数值研究提供指导。　　2.模型的参数化是叶轮优化设计的基础，为优化设计提供设计变量。把以离散点形式存在的叶轮转化为可参数化控制的模型，大大减少了优化设计变量。本文采用非均匀有理B样条标准中的B样条曲线和Bezier曲线对离心泵叶轮进行参数化拟合,主要包括以下几步：①子午流线的定义；②流面的定义；③叶片积叠线的子午定位和周向定位；④叶片截面的定义。　　3.针对离心泵叶轮，以效率为目标函数，以控制叶片积叠线周向定位的两个参数α2和α3为优化变量对其进行优化计算。为避免遗传算法存在的早熟或陷入停滞现象等问题，采用遗传算法和人工神经网络相结合的优化算法对其进行优化设计，优化变量在?3的约束范围内寻找最优叶轮模型。最终计算得：当α2为-2.886，α3为1.31时叶轮的性能最优。与原始叶轮相比，在设计工况点，优化后叶轮的效率较优化前提高了4.02个百分点。　　4.应用fluent软件对带优化叶轮的离心泵和带原始叶轮的离心泵进行数值模拟，得到优化前后模型的外特性及流场状况。分析后发现，在额定工况点，离心泵的效率较优化前提升了4.41个百分点，但其他工况点性能提升不太明显。对蜗壳中的相对损失分析后发现，在大流量区域，无论是带优化叶轮的蜗壳还是带原始叶轮的蜗壳，损失都很大。对蜗壳进行改进设计后，将其与优化叶轮组装后进行流场计算，分析后发现改进蜗壳中的相对损失较原始蜗壳大幅减小，在大流量工况点离心泵的效率有很大提升，拓宽了高效区的范围。