离心压缩机是我国国民经济众多领域的关键动力设备,同时也消耗着大量的能源,持续提高离心压缩机研究和设计水平是未来满足各行业领域对离心压缩机高负载、高效率等日益苛刻要求的重要环节。离心压缩机包括叶轮、扩压器、蜗壳等多个元件,但由于计算机技术的限制,对离心压缩机的数值研究多数集中在对某一元件单独考虑,忽略了上下游元件的互相匹配,导致研究结果具有一定局限性。而且各元件之间的干涉会导致压缩机级元件工况曲线偏移,难以保证各部件均运行在最佳工况,使得整级性能不能达到预期目标;同时,工况的偏移可能使部分元件提前进入阻塞或者失速区,导致整级工况范围变窄。近年来,更多的科研人员开始关注离心压缩机级各部件彼此之间的匹配,但多集中在叶轮与扩压器或叶轮与蜗壳两者的匹配问题,对综合探究叶轮、扩压器、蜗壳三者之间的匹配问题较少。本文采用数值模拟方法探究了某离心压缩机叶轮、长叶片扩压器和蜗壳的匹配问题。首先基于结构/非结构混合网格技术的冻结转子法和混合平面法解决了网格多参照系边界匹配问题,结合流动特点降低网格数量并通过网格无关性验证以保证模拟精度。探索了长叶片扩压器稠度对其与离心叶轮匹配问题的影响。通过改变长叶片扩压器叶片数、叶片弦长和叶片入口半径,得到了叶片稠度对离心压缩机最大效率及稳定工况范围的影响。这三种改变稠度的方式对离心压缩机的整级效率影响较小,但是对稳定工作范围的影响较大。同时,结合不同稠度扩压器内部流动特征,分析了离心压缩机效率与稳定工况范围的改变原理。最终得到与离心叶轮匹配的最优扩压器模型基本参数。在此基础上,采用匹配最优的扩压器与叶轮,进一步对其与蜗壳三者之间的匹配问题进行了讨论。分析了三种不同结构形式的蜗壳匹配:非对称圆截面、对称圆截面和梯形截面蜗壳。采用总压损失系数K_p和静压恢复系数C_p对蜗壳性能进行评估,并对这三种蜗壳四个截面的速度流线和静压进行了详细分析,得出整个工况范围内梯形截面蜗壳的总压损失最小,静压恢复最大,即梯形截面蜗壳内部流动损失相对较小,而且其扩压能力相对较好。整级匹配研究获得了各部件相互干涉的内在机制以及对整机性能与稳定性的影响规律,对压缩机部件与整级的设计提供理论依据。在压缩机的优化过程中考虑整级匹配规律可实现各部件性能曲线基本无偏移,提高整级效率与稳定运行范围。