轴流泵具有大流量、低扬程、高比转速的特点,是提升、输送液体或使液体增加压能的重要工程设备,在水资源的时间、空间调度中起着至关重要的作用,并广泛应用于调水工程、防洪排涝和抗旱减灾,为人们的生命、财产安全提供保障。然而,泵站中使用的轴流泵常常造成鱼类死亡现象,为了降低鱼类通过大中型泵站轴流泵后的死亡率,本文以叶片撞击模型为切入点,结合理论分析、数值模拟和模型试验,分别以荷兰Bosman公司BVOP和Vision系列泵为原型,对鱼类友好型轴流式叶轮和导叶的设计方法进行了系统的研究。在江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心和荷兰埃因霍温理工大学的联合培养下,本文开展的主要研究工作和取得的主要创新成果如下:（1）提出了预测叶片泵鱼类通过性能的叶片撞击数学模型,基于荷兰Bosman公司Vision35混流泵的活鱼通过性能实验数据,在不同工况下对叶片撞击模型进行了对比验证,确立了使用数学模型判断叶片泵鱼类通过性能的方法。（2）基于叶片撞击模型,讨论了叶片泵比转速、扬程与鱼类通过性能之间的关联性,结果表明:在泵的选型过程中,低比转速、低扬程泵具有更加优异的鱼类通过性能;对于高比转速轴流泵来说,当选定泵的ND值后,适当的放大叶轮尺寸D,降低叶轮转速N,可以提升泵的过流能力和鱼类通过性能。（3）以荷兰Bosman公司BVOP125-Ⅲ-140型轴流泵为原型,预测了其水力性能及汽蚀性能,通过实验对比验证了数值模拟方法的正确性,并系统讨论了误差产生的原因;根据叶片撞击模型,在原型泵常运行的流量、扬程范围内,预测了鱼类通过性能,包括叶片前缘撞击概率和撞击损毁率,原型泵作为典型的高损伤轴流泵,需进行鱼类友好型设计以提高鱼类存活率。（4）对BVOP125-Ⅲ-140型轴流泵叶轮进行了鱼类友好型设计,并采用优化设计、模拟计算、流场分析、参数修正的迭代过程,完成了叶轮水力性能、汽蚀性能的优化,主要性能指标基本达到与原型泵一致的水平,满足使用要求。而与原型泵相比,设计工况下的鱼类死亡率则由65%降低至15%,降幅显著。（5）为了降低叶片前缘撞击鱼类后导致的鱼类死亡,提出了无撞击损伤叶片前缘形状的设计方法,计算了不同扬程、不同比转速泵叶轮达到无损撞击所需的周向前掠度,结果表明:泵比转速和扬程越高,无损叶片前缘的前掠度越大,低比转速泵设计无损叶片具有可行性。（6）在有限的周向空间下,提出了低撞击损伤叶片前缘的设计方法,采用幂函数描述前缘前掠形状函数,得到了不同前缘轮毂比和前掠度下限制水平撞击速度的最优指数k,以及与之对应的水平撞击速度u₁sinα的极大值,可作为鱼类友好型轴流泵叶片前缘形状的设计依据。（7）以泵系统中的导叶为研究对象,理论分析了导叶对鱼类通过性能的影响,比转速和扬程越高,导叶前缘的撞击速度越大,高比转速泵不仅仅在叶轮中造成更多的鱼类损伤和死亡,在导叶中也同样如此。此外,建立了导叶撞击概率和导叶剪切概率的预测模型,结果表明:降低导叶内鱼类损伤可通过减小导叶叶片数、增加间隙比和弯掠导叶前缘来实现。（8）以Vision50泵为原型泵,设计了替代蜗壳的鱼类友好型导叶,水力性能实验表明,鱼类友好型导叶实现了原型泵过流能力的提高,最高效率点流量增大了近20%,最高效率仅降低了0.5%左右,满足使用要求;鱼类通过性能实验表明,Vision50叶轮匹配鱼类友好型导叶可大幅降低鱼类死亡率,导叶的鱼类通过性能优良,且优于Vision系列原型泵配套的蜗壳。鱼类友好型导叶与Vision泵叶轮的组合结构已在荷兰Obdam泵站成功应用,至今已稳定运行超过一年。