高速离心泵凭借其高转速、高扬程的特性在航空航天和石油化工等领域中发挥着重要作用。在高速运行时离心泵内较易产生空化,而空化的发生将改变泵内流体流动状态,引发振动和噪声,进而导致泵扬程和效率骤然下降;与此同时,空泡溃灭时所产生的冲击压力会破坏泵内过流部件,大大降低泵的使用寿命,甚至引发叶片断裂,造成严重后果。目前,诱导轮是最常见的用以提高泵吸入压力的过流部件,但其设计大多依靠经验公式,不能满足较高的空化性能要求。因此,针对高速离心泵的主要过流部件诱导轮和叶轮,开展自主设计和优化方法研究,并探究全流场下泵内空化特性,对提高高速离心泵空化性能具有一定指导意义。本文基于精细化数值计算方法,对高速离心泵诱导轮和叶轮几何参数开展多参数优化设计研究。通过对各几何参数优化提出一种高空化性能离心泵设计方法,获得一套扬程、效率和空化性能均较优的高速离心泵。主要研究内容和结论如下:（1）为获得较高空化性能的高速离心泵诱导轮,采用正交试验方法对诱导轮进行优化设计,固定流量Q和转速n,以扬程H、效率η、轴功率P与临界空化余量NPSHr为优化指标,针对诱导轮入口安放角βy1、出口安放角βy2、叶片包角φ、叶片后掠角Δφ和进口边流线控制点λ这5个因素进行优化探索,建立L16（4~5）正交优化表,利用CFturbo软件对16组方案进行参数化建模,通过ANSYS CFX软件进行数值模拟,并对模拟结果进行极差分析。结果表明:各因素影响扬程H指标的主次顺序为βy1、βy2、φ、λ、Δφ,影响效率η指标的主次顺序为βy1、λ、βy2、φ、Δφ,影响轴功率P指标的主次顺序为λ、φ、βy2、Δφ、βy1,影响临界空化余量NPSHr指标的主次顺序为βy1、Δφ、βy2、λ、φ。对比优化前后泵外特性和内部流动规律,得出优化后高速离心泵效率提高了2.55%,临界空化余量降低了12%,内部流场明显得到改善,空化性能也得到了大幅提高。（2）通过正交试验方法获得诱导轮优化模型,并对其进行强度校核。由于其最大应力主要集中于叶片出口靠近轮毂处,故采取叶片加厚的方式解决应力集中问题,并探究不同叶片厚度对高速离心泵空化性能的影响。结果表明:随着叶片厚度的增大,泵空化性能逐渐变差;叶片加厚对诱导轮自身扬程影响较大,叶片加厚后诱导轮扬程明显下降,不再满足多工况运行要求。根据正交优化极差分析结果,得出诱导轮包角对空化性能影响最小,因此,为了在不影响泵空化性能的前提下实现诱导轮多工况稳定运行,选取诱导轮叶片包角作为优化参数开展研究。结果表明:随着包角的减小,诱导轮扬程逐渐增大;综合其内部流动特性得出,当叶片包角为240°时,离心泵水力性能最佳。为获得更高性能的高速离心泵,选取叶轮进口直径为优化参数开展进一步研究。结果表明:在叶轮进口直径较小时,泵效率较高,内部流体流动平稳且低压区面积较少。因此,在设计叶轮时,可适当减小叶轮进口直径,本文所设计的离心泵模型最优叶轮进口直径为90mm。（3）综合上述优化得到最优组合高速诱导轮离心泵,通过分析泵外特性曲线、空化特性曲线、内部流场规律、空泡演变过程、叶片表面压力分布、高速区与空化区的干涉机理以及诱导轮与叶轮流道内的压力脉动特性等,探究了高速诱导轮离心泵全流场状态下的流动规律和空化特性。结果表明:优化后的泵扬程、效率以及空化性能均满足设计要求,且空化比转速高出要求值36.34%。全流场下高速离心泵内诱导轮叶顶间隙和口环间隙处均出现明显的回流,导致局部出现低压区。结合空泡分布和叶片表面压力分布,得出诱导轮初生空化发生于叶片吸力面靠近轮缘处,且空泡产生的位置与压力较低的位置相对应;空泡对叶轮做功产生较大影响,空泡过多会导致泵扬程骤降。空化区与高速区存在较多重合区域,且当空化超过临界值时,便开始出现低于水流速度等值面的速度矢量。由于空化的影响,诱导轮和叶轮流道内压力脉动出现轻微波动,但仍呈现明显周期性,脉动幅值从进口至出口逐渐增大。