离心压缩机广泛应用于石化工业,航空发动机以及燃气轮机中。由于石化工业规模的扩大以及机械设备大型化和节能化的发展趋势,大流量系数(流量系数超过0.15)离心压缩机模型级的研究得到了广大学者们的重视。目前国外生产的离心压缩机模型级最大流量系数为0.24,而国内流量系数为0.18以上的离心压缩机模型级还处于空白。大流量系数离心压缩机模型级的主要特点是其叶轮出口宽度大,流场不均匀性高,进而造成扩压器入口流动的复杂程度较高,给扩压器的气动设计造成极大的困难。本文以设计流量系数为0.2的离心压缩机模型级扩压器为目标,针对该大流量系数离心叶轮出口流场的不均匀特性,采用数值分析和实验验证相结合的方法,研究不同型式扩压器的气动损失机理和动静部件之间压力脉动现象产生的原因及来源。本文研究内容主要分为四个方面:一、简化间隙密封结构时无叶扩压器模型级的定常模拟方案研究。首先对简化间隙密封结构时替代物面旋转高度对整级性能预报的影响进行分析。将分析结果与考虑间隙密封结构时的计算结果和实验结果对比,得出简化间隙密封结构时替代物面旋转高度的合理取值范围。其次对无叶扩压器模型级定常数值模拟中混合平面位置的影响进行研究,对比非定常计算结果和实验结果,引入畸变因子判断混合平面位置取值的合理性。二、不同径向高度的旋转无叶扩压器对叶轮出口流场中涡系结构的影响规律研究。通过与静止无叶扩压器叶轮出口的涡系结构进行对比,揭示其改善叶轮出口流场均匀性和提升整级性能的物理机理。三、不同扩压器型式包括单列叶片扩压器、半高叶片扩压器和串列叶片扩压器内的涡系结构和气动损失机理研究。揭示这三种型式叶片扩压器的流场特性,并对流量系数为0.2的离心压缩机模型级原叶片扩压器的气动性能进行改进研究。四、通过对0.109流量系数的离心压缩机模型级单流道非定常数值计算结果和实验结果的对比,验证了单流道非定常数值计算结果的可靠性。在此基础上,对流量系数为0.2的模型级动静干涉现象进行数值研究,分析其压力脉动产生的原因以及扩压器内流动损失的主要来源。本文研究最终得出定常模拟无叶扩压器离心压缩机模型级的合理方案,并通过涡系结构及流场分析的方法改进原大流量系数模型级的扩压器。经过实验验证,采用改进半高扩压器后的模型级多变效率比原串列扩压器模型级高2.5%。