甲铵泵是将甲铵液输送回尿素合成塔,以对甲铵液循环再利用的装置,是尿素生产中的关键设备之一。甲铵泵作为尿素生产装置中的高速旋转设备,其运行情况和使用寿命将直接影响到整个尿素生产系统。然而无论在国内还是在国外,离心式甲铵泵在实际运行过程中经常会因设计不合理或操作不当而发生汽蚀现象,对甲铵泵的正常运行造成不利影响,降低甲铵泵的使用寿命。本文主要以尿素生产装置中RON2×14型离心式甲铵泵在运行过程中首级叶轮出现汽蚀破坏这一现象作为出发点展开相关研究,通过查阅国内外相关文献,对汽蚀性能研究进展及现状进行了分析归纳,对计算流体力学研究流动问题的原理、方法和过程进行了系统的了解,详细分析了基于CFD数值模拟技术对离心泵抗汽蚀性能研究的可行性和准确性。在此基础上应用Pro/E软件对该甲铵泵整个流道进行三维建模,并在ANSYS ICEM CFD软件中离散计算域,接着应用CFD软件CFX对该甲铵泵内部三维不可压湍流场进行数值模拟,并根据数值模拟结果对首级叶轮进行优化设计,最后在性能曲线稳定和效率较高的前提下实现了改善该泵抗汽蚀性能的目的。本文的主要工作和创造性成果有：1)在RON2×14型离心式甲铵泵三维实体建模的过程中,根据叶轮轴面投影图采用方格网保角变换法绘制扭曲形叶片二维木模图,进而获取木模截线点坐标(工作面和背面),在Pro/E中采取点—线—面、自底向上的建模方式拟合成叶片的工作面和背面。并应用高斯曲率法和双曲率法等方法对叶片曲面进行光顺性检测及修正,获得品质优良的扭曲型叶片曲面；采取等速度法进行梯形涡式断面的水力设计,并应用扫描混合特征创建蜗壳和扩散段流体域,重点应用“修补法”对隔舌部位进行处理,确保后期RON2×14型甲铵泵汽蚀性能的数值模拟计算结果更加真实可靠。2)应用CFX软件对设计工况下该甲铵泵内部流场进行单相定常数值模拟,获得甲铵泵内压力场和速度场的分布情况,准确预测了泵内汽蚀现象发生的可能位置,表明应用CFX软件建立的RON2×14型离心式甲铵泵内单相定常流动模型的准确性。在此基础上对甲铵泵汽蚀过程中的空化流动进行模型数值计算,通过甲铵泵内汽相体积分数分布图直观地显示了汽蚀发生部位和程度。3)基于原模型单相定常数值模拟结果,有针对性地对发生汽蚀现象的首级叶轮进行优化设计,运用损失极值法建立了以叶轮的汽蚀性能和效率性能作为优化目标,以稳定性能曲线要求作为约束条件的优化设计模型,在Matlab中运用内点惩罚函数法对优化模型进行编程求解,获得汽蚀性能和效率性能俱佳的首级叶轮结构参数组合。运用理论分析计算方法和CFD数值模拟方法对优化前后甲铵泵的汽蚀性能和效率性能进行了分析对比,汽蚀性能从3.380m降低到2.952m降低了12.7%,总能量损失减少了4%,进而验证了优化结果的正正确性。并对优化后甲铵泵在稳定运行工况区域内的不同工况点进行数值模拟,根据数值模拟结果运用Origin绘图软件绘制性能特性曲线进而实现对优化后甲铵泵性能的预测评估,表明优化后的甲铵泵在满足工程需要的前提下可以稳定地运行。通过本文的研究,对改善泵抗汽蚀性能提出了一个将CFD数值模拟方法、基于损失极值法的多目标优化设计方法和基于Matlab的惩罚函数法相结合的研究体系,并通过理论计算和数值模拟分析验证该研究体系具有一定的可靠性和良好的工程实用价值。