随着能源问题的日益严峻,内燃机的节能减排越来越受到关注,涡轮增压器以其提高燃油经济性和减少废气排放等优势,迅速成为车、船等动力系统中的关键设备。离心压气机作为涡轮增压器的核心部件,通过高速旋转实现气体压缩,将机械能转化为气体压能。随着对涡轮增压器更高压比的需求,离心压气机转速也不断增大,流道内强烈的激波效应与复杂的跨声速流动相互干扰,导致压气机稳定性能降低,工况范围变窄。为保障涡轮增压器在高压比条件下的高效率、宽流量和稳定工作范围,目前最有效的方法是压气机的机匣处理(Casing Treatment,简称CT)。本文以直通回流式自循环机匣处理为研究对象,通过对有、无机匣处理的某高压比跨声速离心压气机进行全三维数值模拟,在验证数值方法可靠的前提下分析不同工况下机匣处理的扩稳机理。堵塞工况下,部分流体通过机匣处理直接进入压气机,流通面积的增加导致堵塞流量增大。近失速工况下,机匣处理抽吸槽对叶顶间隙泄漏涡的抽吸作用使得泄漏涡在叶片通道内的传播被阻断,有效防止泄漏涡在叶轮通道内的进一步扩张,改善了叶片通道内的流通状况;同时受机匣处理回流槽的影响,流体的进口冲角减小,降低了叶片入口附近的流动分离程度,进而延缓压气机的失速。为拓宽压气机稳定工作范围,同时不以效率和压比为代价,对机匣处理实行多目标优化。引入数据挖掘技术,通过定性单因素灵敏度分析和定量多因素方差分析,探讨机匣处理结构参数与离心压气机气动性能之间的关联性,确定目标函数的关键变量和最终优化空间。数据挖掘结果表明机匣处理抽吸槽的位置、宽度、回流槽的角度、环形空腔倾斜度对压气机气动性能有显著影响,为优化的关键因素。基于数据挖掘结果,将最优拉丁超立方采样法、数值求解与Kriging模型和改进的NSGA-II遗传算法耦合,建立多目标全工况的离心压气机机匣处理优化方案。以设计点和近失速点的等熵效率为目标,以堵塞流量、设计点和近失速点总压比为限制条件,实施机匣处理几何结构的多目标优化与分析,获得离心压气机的最优机匣处理结构。