立式长轴消防泵由于其流量大、扬程高、启动时间快和结构整体性高的优点,在海上平台、城市排水系统、暴雨管理、城市供水、锅炉系统给水和采矿等场合得到了广泛地应用。随着立式长轴消防泵的大量应用,人们对其性能也提出了更高的期望。本研究以应用于中海油和壳牌马甘洲海上石油平台的一连接柴油发动机的单级泵为研究对象。潮汐、波浪、台风等海上因素都将极大地影响泵的运行状况状态。该泵的设计主要面临以下两个主要限制。一是在大流量时,牵引功率过大,使得引擎面临着由于功率过载而烧坏的风险。为了保证柴油机能在泵的全工况范围内安全无过载运行,有必要利用无过载理论对离心泵的水力设计方法进行研究。通过单独对叶轮叶片进行优化,初步稳定了高流量下泵的牵引功率。尽管上述工作是有效的,但它导致了性能和效率的下降。第二个限制是导叶。导叶作为压水室,使流体由径向流出变为轴向流出,进而使得流道内充斥着复杂的流动现象。这种复杂的流动会导致较高的损失,从而导致性能低下。本文的主要研究内容如下:1)通过稳态数值计算,对原始单级模型与优化后单级模型的性能进行了对比。然后,在保持其他参数不变的情况下,用4种不同的湍流模型对优化后的模型进行独立模拟。将所得结果与原模型的数值计算结果进行了比较,并与实验结果进行了对比验证。结果表明:SST k-ω湍流模型对扬程和效率的预测具有最高的精度,这在性能曲线和类似文献的实验结果中都得到了相似的验证。此外,它还能够对湍流流动中的更多流动细节进行预测,这有助于后续研究的深入分析,以揭示更多的流动细节和损失特性。2)通过使用商业CFD软件对优化后的单级模型与原始单级模型相结合组成的多级泵（3级）进行全流场模拟,完成了多级泵的瞬态流场与性能的研究。此外,通过对多级泵内部几种不同的参数进行检测,对其压力脉动特性与熵产特性进行了分析。3)研究表明,叶轮和导叶的叶片数量对压力波动的峰值具有较大影响,且叶片数也对峰值波动所对应的频率也具有较大影响。此外,叶轮叶片数对导叶内的脉动具有较大影响,而导叶叶片数也对叶轮内的脉动也具有较大影响。4)分析了不同工况下泵不同部件直接耗散和湍流耗散所产生的熵值。总的来说,无论是直接耗散损失还是湍流耗散损失,自第一级到第二级都有显著增加。然而,在第二级至第三级,耗散量基本不变。第二级和第三级的高直接耗散损失可以归因于进口激波,因为前一级导叶出口处的流态比第一级进口流态更加杂乱。综上所述,本文主要研究目的是揭示多级立式消防泵机械的流动特性。多级立式消防泵内部流动特性复杂,势必会出现多种湍流和涡流流动形态,容易出现剧烈的非定常压力波动。这些不规律性会影响泵的生命周期,增加压力损失,进而影响泵的整体效率。