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本文研究是在国家重点研发计划（2017YFC0804107）资助下开展的。一体式多级潜水电泵是应对矿井突水事故的重要抢险救灾装备,而矿用排水泵是一种高功率设备,其较低的水力效率将造成巨大能源消耗,目前有关大流量多级潜水电泵的研究相对较少,特别是关于高效率、高可靠性的矿用排水泵研究更加匮乏,为应对我国突出的矿山排水工程问题,急需对排水泵的水力性能展开研究。本文以自主设计的排水模型泵为研究对象,对模型泵进行了试验测试与模拟分析,并结合试验与数值模拟结果对模型泵开展了优化研究工作。本文主要工作内容及研究成果如下:1.概述了国内外潜水电泵发展史,对离心泵水力设计、水力优化和数值模拟等相关研究进展进行了总结。2.以相似换算为理论基础对实型泵进行模型换算,并基于速度系数法自主设计了一台单级导叶式潜水离心泵,对模型泵进行了加工与试验测试,模型泵额定工况下的扬程值为24.41m,低于设计目标0.59m,效率值为78.53%,比设计目标低3.47个百分点。3.采用RNG k-ε湍流模型对模型泵进行了定常与非定常计算,结果表明:（1）模型泵外特性模拟值整体略大于试验值,各工况下的模拟值与试验值误差均在5%以内;（2）叶轮进口至出口流体静压呈增加趋势,叶片工作面表面存在局部高压区,叶片背面流体在小流量工况下产生了较为严重的脱流与滑移现象,叶轮流道内与导叶扩散段内存在大小不一的流动漩涡;（3）叶轮旋转一个周期内,径向力呈周期性变化,表现出明显地动静干涉特征,径向力主频为一倍叶频,同时在其它叶频倍频处有诸多峰值不等的谐频出现,叶轮轴向力整体波动较小,其平均值与幅值随着流量增加近似呈等差数列递增;（4）各监测点压力脉动主频均为叶频,叶片背面监测点处有较多脉动谐频出现,压力脉动从叶轮进口至叶轮出口逐渐增强,导叶扩散段流体在进入反导叶后压力脉动强度有所降低。4.以减少模型泵内水力损失为目标对模型泵叶轮与导叶关键过流部件参数开展了优化研究工作,研究发现:（1）叶轮正交优化设计结果表明,各参数对模型泵效率影响的主次顺序为Z>β2>b2>φ;（2）通过适当增加正导叶进口安放角和进口宽度可减小流体速度梯度,改善导叶进口流态,导叶喉部面积增加至1.2a3b3时,导叶内整体水力损失达到最小,不同反导叶出口安放角会对出口延长段内涡带分布区域产生影响;（3）优化后的模型泵流体沿叶片方向脱流以及出口处的流体挤压状况有所改善,流道内压力梯度相较原方案明显减小,整体湍动能有所下降,水力损失减小;（4）优化的模型泵在额定工况下的叶轮径向力与轴向力较原方案分别减小了18.5N和30.2N,压力脉动谐频减少,整体脉动幅值有所下降,泵运行稳定性有所提升;（5）优化后模型泵在额定工况下的效率和扬程测试值分别为82.11%、25.94m,将模型泵的外特性数值换算至实型泵时,其效率值83.26%,比实型泵设计目标高出1.26个百分点。