我国幅员辽阔,降雨在时间和空间分布上都很不均匀,大型泵站工程在确保农业生产及生活用水,地势低洼区域排水起着重要作用。其中立式混流泵站,由于技术成熟、电机工作环境好、检修方便、高效区宽,被广泛应用在跨流域调水、灌溉排涝、调容蓄水等工程中。本文结合某大型立式混流泵站,围绕泵站肘形进水流道水力优化设计及过渡过程的安全运行,应用了数值模拟和模型试验的方法进行了研究,研究的主要内容如下:1.结合具体泵站工程实例,首次基于肘形进水流道长度、弯曲渐缩段内圆与外圆半径、底板上倾角为主要型线控制参数,结合CFD技术和正交试验法对肘形进水流道的型线方案进行了优化比选。2.将优选流道方案匹配混流泵段并与出水管道进行全流道仿真计算,分析了不同流量工况下泵装置内流场变化情况。绘制了泵装置能量特性曲线,计算结果与试验相符。3.基于特征线法和Flowmaster软件完成了混流泵站装置系统网络建模。模拟仿真了泵机组在最不利工况下的启动过渡过程,分析了泵机组在启动过渡过程中转速、流量、功率、水锤压力等各参数的变化规律,设计了蝶阀在机组启动过程中的开启规律,满足了机组在启动过程中不过载、水锤压力和倒泄流量较小的要求,为机组的安全启动提供依据。4.基于特征线法和Flowmaster软件数值模拟了泵站机组在各工况下事故停机(蝶阀拒动)过渡过程,分析了泵机组流量、转速、压力等参数的变化情况,得到泵机组最大倒泄流量和飞逸转速,为泵机组设备的强度校核提供参考。数值仿真了最高净扬程工况下泵机组正常停机时蝶阀关闭过渡过程,综合考虑了最大倒泄流量、最大逆转转速和最大水锤压力等因素,优化设计了蝶阀两阶段关闭程序,为泵机组的安全可靠停机提供保障。5.针对该混流泵装置模型出水管道部分较长,且向上坡度较大,导致模型泵装置难以在试验台系统进行完整安装的难题,创新采用改变出水管道弯头位置和坡度方向,同时又保持出水流道原型与模型水力损失相似的方法,保证泵装置模型试验的顺利进行。可为同类泵装置模型试验提供参考。6.将优化后的进出水流道与优选的模型泵匹配为模型泵装置,在高精度闭式试验台进行了模型泵装置能量特性、空化特性、飞逸特性、压力脉动和流道损失试验。试验表明,流道水力性能优良,泵装置效率较高,在扬程为16.4m、流量为12.32m3/s时,最高装置效率为82.97%,且空化性能优良,压力脉动较小。可为同类泵站装置优化设计和运行提供指导。论文对大型立式混流泵站流道优化和机组过渡过程特性进行了深入的研究,获得了一系列创造性成果,其已应用于具体工程实践,为泵站的高效和可靠运行提供了保证。