本文以超高转速能量回收一体机中的离心泵为研究对象,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,首先对超高速离心泵进行水力模型优化,得到优化模型,然后对原模型和优化模型在偏工况以及空化条件下的数值模拟计算,并且对离心泵的外特性数据和内流场分布情况进行了分析和对比。另外,本文在对离心泵水力模型进行优化时,采用基于影响因子的新优化设计方法,为研究离心泵水力模型优化提供了一些新的思路。本文主要内容分为以下几个部分:（1）阐述了流体数值模拟计算的基本原理,并在UG中建立离心泵的水力模型,采用SST湍流模型,利用ANSYS CFX有限元模拟计算平台对原模型泵进行了数值模拟计算,得到了原模型泵的性能特性曲线,效率损失分布情况,并对进水管域、转轮域、和蜗壳域分别进行了内流场的分析。（2）基于原模型泵效率损失的分布情况及对内流场的流动状态的分析,本文选取了叶片的数量、叶片外径、叶片内径、叶片的正面叶型及隔舌等部位的结构作为优化参数,并根据这些结构参数的影响因子的大小来确定优化顺序。通过不断修改计算模型需要优化的结构参数、建立新的水力模型、设置新的模型计算,最终得到了综合水力性能较好的优化模型,优化模型相对于原模型效率提升了8.8%以上,扬程提高了55%以上,达到了优化设计预期目标,并结合其外特性数据和内流场的分布情况对其进行了分析。（3）在原模型和优化模型的基础上,分别进行不同流量工况下的定常模拟计算,根据离心泵在不同流量工况下的工作性能曲线,得到了原模型和优化模型的最佳工况点的分布情况,并分析了离心泵优化前后在大流量和小流量工况下存在性能差异的原因。（4）为了研究离心泵在超高速条件下的内部空化情况,本文还对原模型和优化模型分别进行了不同流量工况下的空化模拟计算,得到了离心泵在不同工况下的空化程度以及空泡体积位置分布情况,并分别进行了空化前后和优化前后的性能对比分析,最后对如何提高泵的抗汽蚀能力提了一些建议。