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由于涡轮增压器能有效改善发动机动力性、经济性和排放性等优点,涡轮增压技术越来越受到学者关注,并且研制出高效率、高压比、宽稳定工作流量范围的压气机成为当今涡轮增压技术研究的重点。压气机主要包括叶轮转子、扩压器、蜗壳几个部分。涡轮增压器工作时,压气机的性能最终影响着涡轮增压器整机的性能,压气机的各个部件的结构及其参数尺寸决定着压气机工作的性能,因此,对压气机各部件和结构进行研究是扩宽压气机稳定工作流量范围的重要途径。本课题以某车用涡轮增压器压气机为原型,以提高压气机稳定工作流量范围为目的,采用数值模拟的方法,对压气机扩稳结构进行优化设计。本课题首先对原模型机匣进口回流槽角度对压气机性能的影响进行了研究,然后结合压气机三维气动流场分析,提出两种压气机扩稳结构,即缩短机匣腔体结构和扩压器轮缘部位开环形槽并进行喷射水蒸气扩稳的结构。在数值模拟的过程中,首先利用逆向工程设计方法得到压气机几何实体模型;然后用ICEM对压气机三维实体模型以计算域为单位,分别进行网格划分处理。在网格划分的过程中结合压气机各部件的特点,使用适合其几何结构的分块关联方式以及组合、旋转等网格划分方法;最后建立了全三维数值模拟计算模型。本文首先研究了压气机机匣进口回流槽角度对压气机性能的影响,研究结果表明:在一定范围内,增大回流槽与旋转轴之间的夹角能延时压气机喘振极限的到来、能扩宽压气机稳定工作流量范围;然后分析了机匣内气体的流动,根据分析结果提出缩短机匣腔体的扩稳结构,研究结果表明,缩短机匣腔体后能延时压气机喘振极限的到来、能扩宽压气机稳定工作流量范围。这是因为机匣腔体缩短后,气体在机匣内产生涡流的区域变小,使得气体混合和摩擦消耗的能量减少。最后在压气机扩稳结构的研究中,提出在扩压器轮缘处开环形槽并进行喷射水蒸气处理的扩稳结构。从机匣流量、机匣出口轴向速度、叶轮相对速度扩散比和蜗壳周向截面总压恢复系数等方面对改进扩稳结构进行分析。研究结果表明,扩压器喷气处理的扩稳结构能有效改善压气机整机性能,相比于原始扩稳结构在60000rpm、80000rpm和100000rpm转速下,喷射水蒸气量为2g/s时,稳定工作流量范围分别扩宽了 19.09%、30.83%和38.71%,喘振极限流量分别降低了26.58%、29.57%和17.00%,但是在稳定工作流量范围扩大的同时伴随着一定的压比损失。