特斯拉圆盘泵由尼古拉·特斯拉发明,其内部存在无叶区,叶轮流道宽阔,各叶片流道相互连通。该独特的叶轮结构及工作机理使得圆盘泵在石油化工、医疗食品、以及多相流输送等领域有着广泛的应用。但是,圆盘泵的工作效率还有巨大的提升空间,研究探索出既保留自身特性又高效稳定的圆盘泵设计方法具有十分重要的学术与工程价值。本文采用数值模拟计算与试验测试方法,揭示气液两相流动条件下含气率对圆盘泵外特性与内部流动特性的影响及变化规律,以及通过响应面优化设计方法,分析圆盘泵叶轮结构参数对其性能的影响,寻求圆盘泵叶轮结构参数的最优组合,具体开展的研究内容如下:（1）气液两相流动条件下圆盘泵试验研究。通过采用试验测试方法,研究转速、流量、进口含气率等因素对圆盘泵扬程、效率等性能参数的影响及变化规律,研究结果表明少量气相几乎不会对圆盘泵的性能产生显著的影响,而当1500 rpm转速进口含气率大于3%,以及2000 rpm以上转速进口含气率大于7%时才会对圆盘泵的性能产生不利影响。在纯水和气液两相条件下,圆盘泵的扬程和效率性能均呈缓慢下降的趋势,没有出现性能骤降现象。在纯水单相条件下,圆盘泵满足转速相似定律。在气液两相条件下,当进口含气率低于5%时,圆盘泵依然满足转速相似定律。然而,随着进口含气率的进一步增加,相似定律出现不适用性。同时,随着进口含气率的增加,进口管内液相流量和圆盘泵外特性的变化会依次经历缓降过程、速降过程、再缓降过程和断流过程等四个过程,进口管内流体流态则分别为泡状流、聚集泡状流、弹状流和分层流。（2）气液两相流动条件下圆盘泵数值模拟研究。基于转速n=1500 r/min和最优流量工况Ql=41 m~3/h研究了气液两相条件下圆盘泵内部流动特性。研究结果表明当进口含气率为1%时,仅在有叶区叶片吸力面和叶轮出口附近的低压区存在少量气体。当进口含气率为5%时,有叶区内气相扩散至流道中部,逐步形成了气囊,其中前盖板有叶区尤为明显。当进口含气率增至11%时,无叶区内靠近叶片吸力面的区域至叶轮进口处才观察到气相聚集的趋势,有叶区流道内形成气囊的范围进一步扩大。在各含气率下,圆盘泵叶轮的前盖板有叶区内气体含量最大,后盖板有叶区次之,无叶区内最小,气相的聚集加剧了叶轮内的流动不稳定性,湍动能也随之增加,影响了圆盘泵叶轮的做功和增压能力,这是圆盘泵性能恶化的直接原因。在1%～11%的进口含气率范围内,圆盘泵蜗壳内压力脉动时域特性表现出明显的周期性,主频均为叶片通过频率,即8倍转频（8fn）,表明圆盘泵蜗壳内的压力脉动来源主要由动部件叶轮与静部件蜗壳之间的干涉作用诱导产生。（3）基于响应面优化法,以圆盘泵叶轮结构参数叶片高度h、盘间距b和叶片数N为优化变量,圆盘泵扬程和效率为目标量进行多目标优化研究。研究结果表明建立的圆盘泵叶轮结构参数与扬程和效率性能参数之间的响应面函数方程拟合准确度满足要求。叶片高度、盘间距和叶片数均对圆盘泵性能有显著影响。在多因素组合交互影响作用中,圆盘泵的性能受叶片高度和盘间距组合的影响最明显,其次是盘间距和叶片数组合,叶片高度和叶片数组合则对圆盘泵性能的影响最不明显。通过响应面函数方程,获得了圆盘泵叶轮结构参数的最优组合,优化后模型泵的性能改善明显,扬程在各流量工况下整体得到提升且曲线更加平缓,最高效率提升了15%,与优化前模型泵的性能相比提升十分显著,且在纯水工况下依然满足转速相似定律。本文所取得的研究成果填补了圆盘泵气液两相流动、优化设计等研究方向的空白,为后续深入研究奠定了坚实的基础,同时也对高性能圆盘泵设计提供了参考。