反问题设计方法基于叶片几何和流动参数之间的关系,通过给定流动参数分布实现目标造型求解,相比于正问题设计方法,反问题设计方法具有设计方向明确、对设计经验依赖较少、设计周期短等优点。离心压气机内部流动及流场参数分布复杂,由于反问题设计方法实现了对流动参数的控制,应用于离心压气机叶片具有较高设计效率。本文基于冯·卡门研究所提出的轴流叶片反问题设计思路,考虑离心压气机叶片结构特点以及内部强三维流动特征,构建了适用于离心压气机叶片的三维反问题设计方法,并应用于离心压气机转子叶片优化设计,主要研究工作概述如下:1.压气机叶片反问题设计方法关键原理分析与验证从离散相容关系式出发分析了可渗透壁面边界的原理,基于单元体净流通为零的思想分析了流线追踪技术的原理。以离心压气机转子叶片为算例,通过对比相同壁面压力下正问题和反问题计算结果的流场一致性,检验了可渗透壁面边界条件用于离心压气机反问题计算的适用性。2.适用于强三维流动特征的离心压气机转子叶片反问题求解方法研究通过理论与数值计算分析,发现离心压气机转子内滑移效应和展向流动等强三维特征导致近叶片流线会偏离叶片壁面,使得基于冯·卡门研究所提出的无粘流线与叶片重合的方法进行离心叶轮叶片型面反问题求解出现固有偏差。为解决这一问题,本文提出并研究了基于正、反问题计算流场中近壁面流线关系的三维壁面求解方法。3.研究适合于离心压气机叶片结构特点的反问题设计方法以叶片载荷和厚度为给定参数,构建了离心压气机叶片反问题设计流程,实现了叶片几何约束,并通过算例测试验证了该方法的有效性。基于离心压气机转子做功增压原理,将叶片表面压力解耦为折算叶型压力和折算离心压力,提出离心压气机转子叶片载荷的优化应针对体现叶型载荷的折算叶型压力。为便于反问题设计参数的给定,基于Bezier曲线进行了压力分布的参数化,并提出了初步的载荷分布优化原则。4.离心压气机转子叶片反问题优化设计利用本文构建的离心压气机叶片反问题设计方法,对Krain叶轮分别进行无粘、粘性反问题改进设计。相比于初始叶轮,经过无粘反问题设计得到的新叶轮在无粘计算条件下,效率提升0.48%,总压比提升1.05%;在粘性计算条件下,效率提升1.08%,总压比提升0.87%。相比于初始叶轮,经过粘性反问题设计得到的新叶轮在粘性条件下,效率提升1.38%,总压比提升1.05%。