随着我国对新能源的大力支持和节能减排的倡导,核电站、抽水蓄能电站等重要能源项目不断发展,带导叶离心泵作为一种特殊结构的离心泵大量应用于这些重要工程中。带导叶离心泵的运行效率关乎泵及系统的高效节能,泵内部非定常流动又关系到泵及系统的可靠运行。基于优化算法的泵效率提高和动静干涉引起的复杂非定常流动成为导叶离心泵研究的一个重要课题。作者在江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心和意大利帕多瓦大学工业工程系的联合培养下,同时在国家科技支撑计划项目“百万千瓦级核电离心泵关键技术研究”（2011BAF14B04）和江苏省研究生科研创新计划项目“水泵水轮机泵工况的多工况优化及内部不稳定流动分析”（KYLX15₁066）的资助下,基于理论分析、数值模拟和实验等方法从性能优化和非定常流动特性两方面对带导叶离心泵开展了深入研究。本文的主要研究工作和创新成果如下:（1）整理归纳了离心泵水力优化设计的国内外研究现状,总结并对比分析了不同优化设计方法的优缺点。所选取的优化方法能够决定泵性能提高的幅度和所涉及的优化变量的数量。应用合理的优化方法优化泵几何参数可实现泵性能的提高,满足设计要求。（2）从粒子群优化算法的基本原理出发,总结了粒子群算法数学模型中的系数改进策略,基于离心泵性能数值计算耗时长和优化目标精度较低的特点,创新地提出了一种实时自适应的粒子群算法。其特点在于惯性权重和学习因子的极值均与迭代数是一种线性变化关系,同时惯性权重是粒子与最优粒子间距离的二次平方数学表达式,学习因子则是粒子与最优粒子间距离的分段函数表达式。采用6种经典数学函数测试并对比了不同优化算法（粒子群算法和遗传算法）的优化性能,结果表明改进的粒子群算法可提升收敛速度,增强计算鲁棒性。（3）首次提出了一种基于改进粒子群算法的带导叶离心泵叶轮多参数自动优化方法。基于Workbench平台,建立了叶轮自动造型、结构网格划分和泵性能计算的数值模拟流程。定义设计工况泵效率为优化目标,以扬程为约束条件,定义Bézier曲线控制的叶片型线（叶片安放角、叶片进口边位置和叶片厚度）为优化变量。运用Matlab软件调用粒子群优化算法和Workbench软件,通过Workbench平台计算粒子群算法中每个粒子（叶轮方案）的适应值（效率）,进而不断迭代更新粒子。在粒子群算法搜索初期泵效率为74.91%,优化后期泵效率为78.50%,比原始方案的效率高2.1%,扬程为72.5m,仍满足设计要求。对比分析优化过程中的叶轮和导叶的内部速度流线,发现流场得到改善。（4）对带导叶离心泵进行非定常数值模拟研究,获得了叶轮和导叶流道内流量及各计算域内部压力的非定常特性,采用统计学法和频谱法深入分析了带导叶离心泵内部压力脉动的分布和传播规律。结果表明:在非设计工况叶轮和导叶流道内流量系数的波动幅值均大于设计工况的流量系数波动幅值。随流量的增加,在叶轮流道流量频谱中主频由导叶叶频变成叶轮旋转频率,而叶轮叶频在导叶流道内流量频谱中占主导作用。叶轮流道内的压力脉动强度从叶轮进口到叶轮出口逐渐增强,压力脉动强度最大产生在叶片出口边的工作面。在叶轮流道内导叶叶频及其谐频的压力脉动幅值与压力脉动强度分布类似。导叶喉部的压力脉动强度均高于其他区域,在叶片进口边处压力脉动强度最大。在导叶和蜗壳流道内叶轮叶频下的压力脉动幅值分布与压力脉动强度分布类似,幅值较大的区域与导叶叶片出口边位置有关。（5）搭建了带导叶离心泵外特性和压力脉动测量的开式实验台,采用泵参数仪和LabVIEW分别测量泵性能和环形蜗壳壁面上12个监测点的动态压力信号。随流量的增加,环形蜗壳壁面上各监测点的压力脉动强度呈现先下降后上升的变化趋势,当泵运行在0.7倍设计流量和设计工况之间时,压力脉动强度最小。蜗壳壁面监测点压力脉动的频率分量由两种基本频率（叶轮叶频和导叶叶频）组成。流量和监测点位置对压力脉动的主频有较大的影响,在小流量工况和设计工况,蜗壳壁面上的压力脉动特性由动静干涉引起的叶轮叶频和导叶叶频共同作用,而在大流量工况压力脉动主要由叶轮叶频作用。（6）基于带导叶离心泵外特性和压力脉动测量实验台,首次采用实验方法研究了导叶时序效应对蜗壳壁面上压力脉动特性及泵外特性的影响规律。随流量的增加,导叶时序效应对性能影响逐渐增大。蜗壳壁面上压力脉动强度分布随流量的增加呈现先减小再增加的变化趋势,与导叶安装位置无关。导叶时序位置对监测点压力脉动主频及对应幅值有较明显的影响。当导叶安装在位置D（导叶出口边靠近蜗壳出口左侧拐点）时,蜗壳内能获得最低的压力脉动幅值。