离心压气机由于结构简单,单级压比高,稳定性好等优点被广泛应用于航空、航天和能源领域。随着技术进步和产品高性能需求,单级压比越来越高,叶轮出口绝对马赫数也越来越高。由此对叶轮气动设计和叶轮与后续静止部件合理匹配带来很多挑战。本文以压比7的离心叶轮为研究对象,对叶轮和与之匹配的扩压器进行研究,具体包括以下几部分研究内容:(1)分流叶片参数对跨声速叶轮性能的影响规律。采用正交试验方法,探究分流叶片设计变量对叶轮性能的影响的主次关系。根据试验结果得到一性能较好的分流级数为1的基准叶轮,分析参数变化对叶轮流场和性能的影响规律。(2)多级分流叶片和分流型式对叶轮内部流场和性能的影响规律。通过改变分流叶片级数和前缘位置,研究其对泄漏流、二次流发展的影响规律。结果表明:分流叶片级数增加,有利于抑制泄漏流的周向移动。分流叶片轴向长度越长,前缘处抑制泄漏流周向迁移的效果越好;但分流级数的增加也加剧了内部的二次流动,叶轮出口紊乱程度增加。因而需要综合考虑泄漏流动与二次流对主流影响的敏感度以选择适宜的分流级数。针对该设计压比,级数为2的阶梯式分流叶片改善了出口流动均匀性,气动性能最佳。(3)跨声速来流情况下,楔形扩压器结构参数对性能影响的研究。研究前缘型式、尾缘型式和扩张角对内部流场的影响规律。对比多个长短轴之比的前缘,比值越小,扩压器内激波损失越大,气动性能下降,叶轮尾迹与扩压器叶片的干涉作用加强;尾缘型式通过切削压力面型线,改变通流面积变化规律进而影响压力变化梯度。本文对比了多种尾缘型式,圆弧起始点靠后且采用贝塞尔曲线光滑的尾缘切削型式最佳;扩张角的变化改变了激波损失和分离损失在整体损失中的占比。由于扩压器入口马赫数高,激波强度大,因此增大扩张角造成性能明显降低。(4)不同类型的扩压器研究。探索结构变化对内部流动分离的改进作用。研究表明,翼型扩压器机匣侧由于大攻角来流造成附面层快速发展,在跨/超声速来流时性能提升效果不佳;半高扩压器对流场的改善随间隙变化,间隙的确定取决于气流掺混损失与分离损失的占比。非定常计算结果表明,半高扩压器进出口压力脉动小,流场稳定性好;带分流叶片的楔形扩压器改善了内部流场的分离现象。分流叶片的位置应当避免流场内产生二次加速,且分离损失的改进应当大于尾迹损失造成的影响。本文中分流叶片径向长度为主页片长度的80%,周向位置居中扩压器性能较好。本文研究结果为跨声速高压比离心压气机气动设计和优化提供了参考。