离心泵是重要的能量转换设备和流体输送机械，在航空航天、潜艇、船舶、农业、轻工、食品、医药、自来水工程和污水处理等各行各业中都有着广泛的应用。随着国家“十二五”规划的实施，离心泵产品在国内的市场需求将进一步的增长。然而，国内离心泵领军企业与国外龙头企业相比，无论是技术层次还是市场销售额方面都存在较大的差距。国内很多重要行业对离心泵产品的需求大多依赖于进口，且进口总额有逐年递增的趋势。为提高国内离心泵设计水平，打破国外的垄断地位，本文以双吸式离心泵性能优化为主线开展研究工作，对双吸式离心泵叶轮参数化设计、双吸式离心泵元模型建模及性能预测、双吸式离心泵多目标优化问题以及基于流固耦合的双吸式离心泵振动性能优化等四个方面进行了研究，主要研究内容及工作成果如下：　　（1）结合了传统离心泵设计方法以及叶片设计理论的优点，辅助离心泵性能的优化设计。采用以五点四次Bezier曲线为主体的控制曲线，参数化控制离心泵叶轮轴面流道形状，并利用双吸式叶轮的对称特性，实现了双吸式离心泵叶轮的参数化设计，在此基础上建立了双吸式离心泵叶轮四自由度及五自由度参数化控制模型。通过改变离心泵决策变量的取值，能够快速便利的获取一系列不同叶片曲面形状的双吸式叶轮几何模型，从而为离心泵内流场数值模拟、外特性预测、元模型建模以及性能优化提供必要的模型基础。　　（2）通过在离心泵决策变量的定义域区间内，采用拉丁超立方抽样法分别对叶轮四自由度和五自由度模型抽取样本点，生成了一系列与之对应的离心泵叶轮几何模型，并基于几何模型建立各自的CFD模型进行数值模拟，从而求解出各样本点处的离心泵性能参数。为研究离心泵内流场速度、压力分布规律及叶轮转速对外特性曲线的影响，本文以一个样本点为例，对不同转速、不同流量工况下的双吸式离心泵进行了内流场数值模拟和外特性预测。基于气-液两相流的离心泵CFD仿真，研究了不同流量点下的气体体积分数分布规律，预测了叶轮容易发生气蚀的位置，预测结果与叶轮实际气蚀的位置相吻合。利用拉丁超立方抽样获取的样本点及CFD数值模拟求解的结果，分别建立了离心泵四自由度和五自由度模型的元模型，并对元模型进行了精度检验，确保了基于元模型的离心泵性能多目标优化研究的有效性。　　（3）提出了以SKE法为核心的离心泵性能多目标优化设计方法，研究了离心泵四自由度模型双目标优化和五自由度模型三目标优化问题，该类方法合理的集成了CFD数值模拟、元模型技术以及试验验证的优点，同时又最小化各自的缺点，减少了数值模拟和试验的次数，实现了以最小的成本和研发周期，获取综合性能最优的离心泵的目的。采用统计学方法研究了NSGA II和MOEA/D求解离心泵多目标优化问题的效率和能力，确保了优化结果的统计置信度。为指导最优设计点的选取，结合泵的设计提出了基于Monte Carlo仿真的稳健性设计方法，有效地克服了传统方法不能解决的产品性能随决策变量波动的问题。　　（4）建立了泵壳-叶轮-叶轮轴-导流锥壳-密封圈-水力模型的离心泵三维流固耦合全流场模型，结合流固耦合技术将SKE法应用于离心泵五自由度模型振动性能优化问题的研究，获取了最优振动性能下离心泵的设计参数。基于优化后的离心泵模型，采用流固耦合数值模拟方法，研究了离心泵的动力学特性，获取了叶轮所受的力及力矩时域曲线，这些数据对分析离心泵的机械系统性能有着非常重要的作用。