蜗壳式混流泵凭借其高效可靠、应用范围广、且使用维修方便的特点,其广泛用于农田排灌及工业用水等工程中。为了响应国家节能减排政策的号召,蜗壳式混流泵多目标优化的领域具有十分广阔的前景。本文的研究对象为一台比转速为433的蜗壳式混流泵,以提升设计工况水力效率和扬程为优化目标,利用ISIGHT平台结合NSGA-Ⅱ优化算法,对混流泵叶轮和蜗壳的设计参数进行多目标优化,并对优化前后蜗壳式混流泵的空化性能进行对比分析。本文研究的主要内容及成果如下:(1)采用UG软件分别对蜗壳式混流泵的蜗壳和叶轮进行三维建模,并利用ANSYS软件对该混流泵进行多工况的定常数值模拟计算。内流场模拟结果显示:叶轮进口处存在大面积低压区域,且靠近隔舌处有明显的漩涡、回流现象,降低了混流泵的水力性能。(2)在ISIGHT优化平台中集成UG、ICEM CFD和ANSYS CFX软件,建立起叶轮蜗壳参数化建模、网格划分、流场数值计算对比的自动优化体系。选取混流泵叶轮和蜗壳的设计参数为优化变量,以提升设计工况下水力效率和扬程为目标,并设置抗汽蚀性能和叶轮蜗壳的匹配性为约束条件,对模型泵设计参数进行多目标优化,并通过CFD技术对比优化前后设计工况下的水力性能,验证优化方法的可行性与有效性。(3)对比优化前后的数值模拟结果表明:设计工况下混流泵较原型泵水力效率提高了约2.85%,扬程提升了2.864%,并拓宽了混流泵的高效区。优化后泵内的静压分布更加均匀合理,并改善了隔舌附近的漩涡、回流的不良流态,使隔舌处流体流动更为平顺,减少了能量损失。第Ⅷ断面流体相较于优化前脉动扩散区域减小,改善了湍动能局部增大的现象。(4)结合空泡动力学理论和计算流体力学方法,对蜗壳式混流泵进行气液两相流定常流动数值模拟计算,以分析多工况下优化前后混流泵的空化特性。重点探究不同汽蚀余量下优化前后泵内空泡体积分数和空泡分布规律。结果发现:优化前后空化初生均发生在叶片背面进口边靠近前盖板处,随着泵内压力不断下降,空泡逐渐向叶轮流道中部扩散,当有效汽蚀余量足够低时,整个流道都会被空泡阻塞。通过多工况空化性能对比,表明适当降低工况点流量有利于抑制空化现象,大流量工况点空化性能迅速下降。在多工况下相同进口压力时,优化后,混流泵明显减小了空化区域和大体积分数空泡数量,表明了多目标优化提升了混流泵的空化性能,满足优化设计要求。