离心泵作为重要的能量转换和流体输送的旋转机械,在国民经济中占有举足轻重的地位。本课题来源于与福建省海骑士泵业有限公司的合作项目,该项目拟研发一种适用于海水养殖、城市排涝及污水处理的水陆两用离心泵（该泵附加密封装置、冷却装置等可作为潜水泵使用）。离心泵内部流动复杂,各种流动参数均会对泵性能产生重要影响。本文以提高泵效及抗汽蚀特性为目标,采用数值技术从叶片表面微结构、叶片尾缘锯齿结构、以及组合式叶轮三个方面对泵进行了结构优化,具体工作如下:（1）根据该种泵的应用场合及性能参数要求,进行了水力设计及模型构建。采用数值技术分析该种泵的内部流场,进一步确定了叶轮的叶片数、叶型及蜗壳的流道结构。（2）在上述离心泵水力设计的基础上,提出一种叶片工作面具有许多微小三角形凸起物的微结构。采用数值技术对叶片工作面具有微结构的离心泵的内部流场进行模拟,分析微结构的配置对泵内部流场及泵性能的影响。模拟结果表明,微结构不仅可以减小叶轮进口处的低压区来抑制空化、而且减小了湍动能及壁面剪应力,使得汽蚀发展速率和黏性阻力减小。模拟结果还表明,流量在135m~3/h-175m~3/h区间内,当叶片表面接近出口处配置2列微小三角形凸起物时的泵效率最大增长幅度达到1.4%,在设计流量下效率增长1.2%。（3）为了提高泵效,提出一种叶片尾缘带锯齿的叶轮。采用数值技术分别对叶片带锯齿尾缘及不带锯齿尾缘的叶轮内部流场进行分析。模拟结果表明,较大流量范围内,带锯齿叶轮的效率及抗汽蚀特性有较为显著的改善。设计流量下,模拟带锯齿叶轮的效率比不带锯齿叶轮的高出16.7%。在此基础上,对带锯齿尾缘叶片的离心泵进行了试验测试。在流量135m~3/h-150m~3/h范围内,泵效为72.61%-74.38%。其中,设计流量下泵效率为76.57%。实测数据表明具有该叶片结构的泵效达到了国家B级标准,且工作稳定性较好。此外,实测的泵效、功率等数据与模拟叶轮的相关数据在变化趋势上吻合较好,一定程度上验证了数值模拟的可靠性。（4）针对防洪排涝、消防等场所需求,提出了一种组合式叶轮结构,并由此构建了组合式叶轮双吸自吸泵模型。采用数值技术对该种结构泵的内部流动特性进行了分析。计算结果表明主叶轮进口处的低压区明显减小,压力的增大在一定程度上抑制了空化,提高了主叶轮的抗汽蚀特性。而副叶轮进口处的低压区域有所增大,即副叶轮承担了主要的汽蚀损坏。由于副叶轮加工成本较低、且便于拆卸,通过更换汽蚀损坏的副叶轮可保证泵的长时间稳定工作。