本文系作者以主要身份参加的水利部项目“水泵效率表达及原模型效率换算研究”、江苏省水利厅项目“泵站水力模型选择及装置研究”和南水北调东线江苏水源有限公司委托课题“大型泵站流道优化设计及试验研究”的部分研究成果。　　 论文从功能原理出发，分析了水泵机械效率、水力效率、容积效率及总效率，提出较完善的理论表达式，并根据效率常数的换算来进行泵及泵装置效率特性的预测；将依照断面平均流速渐变的一维设计理论与三维紊流数值仿真手段有机结合，进行肘形进水流道与虹吸式出水流道的优化设计，并通过泵装置模型试验进行水力模型选择，最终得到一种配置肘形进水流道和虹吸出水流道的高效率混流泵装置，能够适用于扬程变幅较大、效率要求较高的泵站工程；针对南水北调东线泗阳泵站的具体工程背景，经过多方案的优化设计和试验研究，最终得到水力性能优良的蜗壳进出水流道型线方案，并使该流道形式的模型泵装置效率达到了78％以上，达到或已超过常用流道型式立式泵装置效率，已逼近贯流泵装置水平，为涡壳进出水流道在大型低扬程泵站中推广和应用奠定了基础；在充分考虑了水泵并联运行时进水管和连接管水力损失的基础上，引入所推导的水泵效率表达公式，建立了新的大型高扬程离心泵并联运行的最优控制数学模型，该模型更符合水泵并联运行实际工况，并通过实际工程算例进行了验证。　　 本文取得的创新性成果和重要结论主要有：　　 (1)从分析、表达泵内各种功率损失出发，运用相似理论，创新地从理论上建立适用于任意离心泵、轴流泵和混流泵及其泵装置的效率表达式。所提表达式不但表达水泵总效率，同时也表达水泵分部效率；不但表达水泵泵段效率，同时也可以表达包含流道特性的泵装置效率。可用于鉴别和评价各种已有的泵（装置）性能试验结果；对开发、研制高效水力模型有指导作用。　　 (2)创新地利用原模型泵及泵装置的相似性实现水力损失、容积损失和机械损失各常数的换算，借以实现泵及泵装置总效率和分部效率的换算。该换算式不是经验公式，而是根据严密的数理关系推导得出的合理性公式，既能适用于泵，也能适用于泵装置，且能定量表达多种因素对效率换算结果的影响。　　 (3)采用数学解析的方法和流速渐变的原则对肘形进水流道和虹吸式出水流道进行数学建模，开发了基于参数化的通用流道优化设计软件，并结合三维紊流数值仿真手段，针对具体泵站工程优化设计出水力性能优良的通用进出水流道型式，并通过泵装置水力模型比选试验优选出优秀的混流泵水力模型，最终使泵装置效率在净扬程5m左右就已接近80％，且高效范围极宽，已达到国际领先水平。　　 (4)首次通过流道水工模型试验、泵装置模型试验和三维紊流数值模拟及理论分析对蜗壳进出水流道进行了多方案的研究，优化得到水力性能优良的蜗壳进出水流道型线方案，并使该流道形式的模型泵装置效率达到了78％以上，达到或已超过常用流道型式立式泵装置效率，逼近贯流泵装置水平，对南水北调东线工程低扬程泵站建设具有重要的参考价值。　　 (5)首次考虑转速的改变及水泵并联运行时进水管和出水连接管的水力损失对泵站最优运行方案的影响，引进具有较高拟合精度的新的泵效率表达公式，以泵站总轴功率最小为目标函数，以供水指标和运行要求为约束条件，建立了新的大型高扬程供水泵站优化运行的数学模型，并通过具体工程仿真试验验证了数学模型的有效性。　　 本文对大型泵及泵装置的特性预测、低扬程泵装置的优化设计和高扬程供水泵站的优化运行进行了深入的研究，获得了一系列创造性成果，具有重要的理论意义和实用价值，其中大部分成果已用于生产实践。