离心泵因其适用范围广、流量均匀、体积较小等优点而应用广泛,在某些特殊领域使用量占泵总量70%以上。为了提高离心泵设计精度和设计效率,紧跟信息化、智能化的发展趋势,开发一款专业化、高精度的离心泵设计软件势在必行。本文通过C++、Open CASCADE、Qt联合编程,采用NURBS曲线及LSPIA优化方法对曲线优化和三维自动化造型进行了研究,并以速度系数法为基础进行离心泵几何参数计算,创新性地基于Open CASCADE库函数实现LSPIA优化方法以及离心泵设计算法,最终将曲线优化、三维造型和离心泵参数计算进行集成,成功开发了离心泵叶轮和蜗壳的三维水力设计软件LPCAD。全文工作及结论总结如下:1.详细介绍了国内外离心泵CAD软件和离心泵设计软件的研究现状,分析了国内外离心泵CAD软件之间的差异;介绍了自由曲线在离心泵设计中的应用,以及NURBS曲线拟合优化方法的研究现状。2.在Visual Studio2015上完成了开发平台的搭建,重点研究了不同窗口间的数据传输方法。在主窗口和子窗口之间互相传值时,使用Qt的信号与槽机制,通过发送信号及触发槽函数的方式完成窗口间的传值;子窗口和子窗口之间采用C++中的静态变量机制,然后通过类中的静态成员变量进行值的存储和读取,达到各子窗口间的数据传递功能。不同窗口间的数据传输功能的实现为后续离心泵设计功能、建模功能及各种人机交互功能提供了支持。3.研究分析了控制点、权重等因素对NURBS曲线的影响,结合Open CASCADE中所提供的函数,以控制点优化为基础,综合运用控制点优化、参数优化、权重优化3种优化实现LSPIA方法,将组合后的3种优化方法应用于离心泵设计中,分析验证了LSPIA方法的有效性,研究发现:（1）经过LSPIA优化后的拟合曲线可以广泛应用于离心泵的各个设计环节,包括离散点拟合、叶片轴面截线绘制、木模图中各流线绘制等。LSPIA优化可以有效减小曲线拟合误差,并保证曲线整体的光顺性;（2）不同场景LSPIA优化效果不同。在拟合离散数据点时使用LSPIA算法效果最好,10次迭代后误差下降了99.95%以上;（3）在曲线形状大致稳定后,LSPIA优化会让拟合误差按一定的百分比减小,平均每次迭代可以使曲线的拟合误差减小48.2%;（4）不合理的曲线形状会影响LSPIA算法的效果,优化效果最差的例子在10次迭代后误差下降了93.4%。4.探究了离心泵叶轮和蜗壳的设计及建模算法,基于Open CASCADE和速度系数法完成叶轮和蜗壳的三维水力设计软件开发。研究成果如下:（1）重点研究了叶轮设计和蜗壳设计中各步骤的数学模型与算法,包括叶轮轴面图设计、F-L图绘制、流线分点、方格网展开、叶片加厚、叶片三维造型,以及蜗壳断面设计、螺旋段设计、扩散段设计、隔舌设计等。在此基础上软件可以进行叶轮扭曲叶片、圆柱叶片、顺时针旋转叶片、逆时针旋转叶片,以及蜗壳中间出口、侧边出口等多样化设计;（2）针对三维水力设计中有可能出现的极端情况,研究并开发了曲面延伸、流线扫掠、增加过渡断面等个性化算法,提升设计软件的鲁棒性;（3）使用软件设计了3台不同比转速的离心泵,并进行CFD计算和试验验证,发现在设计工况下,3台离心泵设计扬程与试验结果偏差均在5%以内,效率与试验结果偏差均在2%以内,证明软件适用于各比转速的离心泵设计,适用范围广。