在高负荷离心压气机内,叶轮出口速度较高且出口参数存在强烈的展向非均匀性,使得下游叶片扩压器进口面临速度和方向沿展向非均匀跨声速入流条件,由此导致叶片扩压器内流动结构复杂、性能低下,严重制约了高性能高压比离心压气机的发展。为了清楚地了解高负荷离心压气机中叶轮出口参数的非均匀性对叶片扩压器内部流动的影响规律及形成机理,并以此为基础提出解决方案,本文对速度和角度展向非均匀跨声速入流下叶片扩压器的性能及流动结构进行研究,并对扭叶片扩压器设计进行探索,主要研究工作包括以下内容:1.研究跨声速叶片扩压器性能及流动结构的发展规律,并分析其流动机理在进口平均马赫数为0.7~1.2范围内选取多个入流状态,分别对叶片扩压器内流动进行数值模拟,研究叶片扩压器的性能和流动特征变化及其形成机理。研究发现,在高亚声速入流下,无叶区内形成了局部高速区,其内气流随着入流速度的增大而首先达到超声速,并逐渐形成激波,激波强度随入流速度的进一步增大逐渐增大。随着激波强度的增大,吸力面逆压力梯度逐渐增大,导致附面层逐渐增厚,并最终在吸力面尾缘形成了分离涡。2、研究速度展向非均匀入流对扩压器性能及流动特征的影响并分析其流动机理在进口气流速度展向非均匀和均匀分布条件下,分别选取多个入流状态对叶片扩压器内流动进行数值模拟和对比分析,研究入流速度非均匀性对叶片扩压器性能和流动特征的影响及其形成机理。研究结果表明,非均匀入流下扩压器轮毂侧低马赫数入流层逆压力梯度较大于均匀入流,造成叶片中后部附面层迅速增厚,且压力面产生了分离涡,主流区部分气流也卷入其中,造成了较大的流动损失,且严重堵塞流道,导致扩压器性能降低。3、研究入流角度展向非均匀对扩压器性能及流动特征的影响并分析其流动机理在进口气流角度展向非均匀和均匀分布条件下,分别选取多个入流状态对叶片扩压器内流动进行数值计算和对比分析,研究入流角展向非均匀对叶片扩压器性能和流动特征的影响及其形成机理。在非均匀入流下,扩压器内沿展向存在压力梯度,导致了气流产生强烈的三维流动,产生较大的流动损失;轮毂侧气流为负攻角入流,造成压力面压力小于均匀入流,而吸力面压力大于均匀入流,吸力面尾部出现流动分离,分离涡的形成造成了较大的流动损失,导致扩压器性能降低。4、探索适应入流角展向非均匀条件的扭叶片扩压器设计,并分析其作用机理采取了根据入流角分布构造扭叶片的扩压器设计方法,对采用不同积叠方式的各扭叶片扩压器方案分别进行数值模拟,通过各扭叶片扩压器与直叶片扩压器性能和流动结构的对比分析,得出以叶型形心连线和尾缘线为积叠线的扭叶片扩压器方案可显著改善叶片表面压力分布,气流沿程扩张更均匀,避免了直叶片扩压器吸力面的局部压力梯度过大,由此消除了吸力面分离涡,降低了流动损失,显著提高了扩压器性能。