目前，汽车发动机广泛采用以离心式水泵作为主要动力源的强制循环冷却系统。水泵蜗壳与叶轮的设计决定了水泵的性能，而蜗壳与叶轮的结构导致水泵内部流场非常复杂，一般以实验方法可以测量得到水泵的外特性，而对水泵内部的液体流动情况与规律则不明朗。因此，本文以一汽锡柴CA6DF柴油发动机冷却水泵为例，基于离心式水泵的结构特点和工作原理，首先通过水泵内流场CFD数值模拟揭示了水泵内部的流场细节与叶轮内部的流动机理，同时通过计算一系列工况得到了水泵的流量–扬程曲线与流量–效率曲线，对水泵的外特性进行了预测，并将CFD计算得到的水泵外特性曲线与实验实测结果进行了对比，验证了CFD数值模拟的可靠性与稳健性；然后对水泵内部的压力脉动进行了非定常CFD数值模拟，揭示了水泵内部叶轮进口、叶轮与蜗壳耦合处以及蜗壳出口压力脉动产生的机理及主要影响因素，并进行了实验验证，对于掌握和了解离心泵内部压力脉动产生的原理以及特性具有重要的指导意义；最后通过多相流与空化模型进行了水泵汽蚀CFD数值模拟，计算得到了水泵的临界汽蚀余量并揭示水泵内部汽蚀发展的趋势以及发生汽蚀时水泵内部气相区域的分布，通过水泵汽蚀余量实验以及水泵循环气穴腐蚀试验对CFD数值模拟结果进行了验证，并且根据CFD汽蚀模拟结果、离心泵理论及工程实践，提出了水泵叶轮的抗汽蚀优化方案。本文中的研究方法和分析结论可为同类水泵的结构设计和性能分析提供参考。