面对化石能源开发利用过程中造成的生态破坏和环境污染问题,提升热发电系统的能源利用效率进而减少排放、降低成本成为实现能源可持续性发展的必然选择。以超临界二氧化碳为工质的布雷顿循环具有众多优点,具有广泛的应用领域和良好的应用前景,但对于超临界二氧化碳布雷顿循环的核心部件压气机设计还面临诸多难题,针对这些问题本课题以超临界二氧化碳离心压气机内部流动特征为研究对象,以提高超临界二氧化碳离心压气机通流部件的气动性能为目标,依据实际气体离心压气机内流气体动力学设计理论、CFD多相流动分析与求解技术以实现预期的设计指标。同时探究离心叶轮出口几何角和包角对超临界二氧化碳离心压气机压缩性能及内部流场的影响规律。同时,探索超临界与跨临界条件下,离心力和通道面积变化的组合增压物理机制、通道几何与流动匹配的关联规律。本文首先给出了离心压气机叶轮一维、准三维设计方法,全三维数值方法以及物性处理方法。完成了超临界离心压气机设计方法验证及某超临界离心压气机一维、准三维设计,依托实验室先期开发的叶片三维造型程序及CFD仿真计算技术,完成了离心叶轮的三维设计,预测了该离心压气机的性能,其中设计点流量为3.55kg/s,压比为1.832,绝热效率为91.1%。获取了关键气动性能数据与内部流场结构信息,并对该超临界二氧化碳离心压气机压缩性能、叶片载荷及流场结构进行了分析。然后以某超临界二氧化碳离心压气机为原型,通过改变离心叶轮出口几何角和叶轮包角获得了不同的离心压气机叶轮几何模型,并对其进行全三维数值仿真计算以探究超临界二氧化碳离心压气机主要几何参数对压气机压缩性能的影响。研究结果表明,不同包角下离心压气机工作流量范围不同,随着包角增加离心压气机高流量区域逐渐减小,且减小幅度逐渐增大,包角对离心压气机的压缩性能的影响主要体现在高流量以及设计流量工况下,对低流量工况影响不大;不同出口几何角下离心压气机工作流量范围基本相同,出口几何角对压气机工作区间影响不大,在四种不同出口几何角离心叶轮中,出口几何角为60°的离心压气机压比整体较高,随着出口几何角的逐渐增大,离心压气机压比逐渐降低,在设计流量附近,出口几何角每变化10°压比变化0.06左右,变化率约3.3%。