两级增压技术是柴油机提高升功率、实现节能减排的有效途径。两级增压涡轮系统排气管、高/低压涡轮间的流场耦合效应,对柴油机高/低压两级涡轮性能具有重要影响,成为决定柴油机性能的关键因素,是当代发动机流体力学的研究前沿之所在。深入研究两级增压涡轮系统的流场耦合效应及其对两级涡轮和发动机性能的影响,探讨通过控制流场耦合效应改进涡轮性能,提高发动机全工况性能,无论从工程需求牵引出发,还是从学科发展推动来看,均具有十分重要的意义。论文针对两级增压涡轮系统排气管、高/低压涡轮部件分别独立设计,难以考虑流场耦合效应的影响这一难点,对柴油机两级增压涡轮系统的流场耦合效应、性能影响机制和流动控制方法等进行了探讨。通过对发动机排气管与高压涡轮流场的耦合仿真分析,研究了排气管内部流动随发动机工况变化的规律,及其对高压涡轮流动及性能的影响。发现排气管出口的流场畸变将使高压涡轮叶尖泄漏涡向出口迁移,显著增强泄漏涡与通道主流的掺混效应,导致涡轮效率的降低。提出了通过排气总管气流切向引入排气歧管,控制排气管出口畸变结构,实现涡轮增效的流动控制新方法;仿真结果表明,该方法可使两级增压的高压涡轮增效3.12%。通过对高压涡轮与低压涡轮流场的耦合仿真分析,研究了高压涡轮内部流动随发动机工况的变化规律,及其对低压涡轮流动及性能的影响。发现高压涡轮出口的旋流效应将使低压涡轮叶轮通道产生横向二次流动,并与叶尖泄漏涡掺混,导致低压涡轮性能大幅度降低。提出了通过高/低压级涡轮箱反旋向设计,控制高压出口旋流效应导致的低压涡轮叶轮通道横向二次流效应,实现低压涡轮增效的流动控制新方法。试验研究表明,该方法可使低压涡轮效率提高5.8%。建立了考虑流场耦合效应的涡轮系统通流模型,发展了柴油机两级增压通流匹配循环分析方法。对某型两级增压柴油机进行了全工况通流匹配优化研究,结果表明在保证发动机低速扭矩不变时,额定功率工况功率提高13.35%,燃油消耗率降低4.6%。