多级离心泵是目前应用非常广泛的工业泵之一，对其性能的优化改造意义重大。多级泵的汽蚀性能一直是影响的泵稳定运行的重要指标。汽蚀现象会带来能量特性的下降，机器振动和噪声，破坏过流部件等多种问题。如何有效的优化并预测的预测汽蚀性能，是多级泵汽蚀研究的重要方向。随着CFD技术在水力机械内流模拟的应用日益成熟，CFD软件成为了优化设计的重要辅助工具。利用湍流模型和空化模型的结合，使数值模拟研究泵的汽蚀流动成为可能。本文采用ANSYS CFX软件中的标准的k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型，预测了多级泵的汽蚀性能。在大量的理论和经验基础上，提出了优化改进方案。针对吸水室，改进了其整体结构，提出了对称半螺旋型的结构，通过理论和数值模拟研究了新型吸水室内部流动情况，探讨了吸水室对首级叶轮的影响。针对首级叶轮，改进了其部分结构参数，主要包括进口安放角，叶片轴面轮廓线，叶片头部形状等。通过理论分析了各参数对汽蚀余量的影响，通过数值模拟分析了改进前后叶轮内部汽蚀流动的变化，并得到了两者的能量特性和汽蚀特性曲线。研究表明，对称半螺旋结构的吸水室不仅减小了水力损失，而且对叶轮的入口流场有显著改善；改进后的首级叶轮头部冲击损失减小，明显延缓了汽蚀初生，且叶片上的空泡分布区域变小，在多种工况下都有优于原始模型的表现。优化后整体模型的效率和临界汽蚀余量都有显著改善。