涡轮增压技术可以有效提升活塞式内燃机升功率,降低油耗,改善废气排放品质,是现今提升内燃机效率的主要技术之一。相对于传统径流式涡轮,混流涡轮具有高比转速下保持高效率,最高效率工况点向低速比方向移动的优点,已成为现今增压技术的热点。相关研究表明,将可变喷嘴环技术用于混流涡轮增压器,并将传统平面喷嘴环布置改成球面喷嘴环布置形式,能有效提升混流涡轮增压器的性能,改善涡轮级内的气流流动状况。本文针对可变球面喷嘴环混流涡轮结构,以JK50喷嘴环叶片叶型为基础,受到三维弯扭叶片理论的启示,考虑蜗壳出口气流沿叶高方向的气流角不均匀性以及混流涡轮进口倾斜角的影响,设计了三种方案的三维弯扭叶片,改善喷嘴环出口气流沿叶高方向分布,以降低喷嘴环内的气流流动损失,达到匹配设计混流涡轮可变喷嘴环叶片,并优化涡轮级效率的目的。计算结果表明,在相同工况下,设计的三种三维弯扭叶片方案效率均高于原型叶片方案,大开度时效率曲线较原型更为平坦。通过对涡轮进口速度三角形、喷嘴环流道气流马赫数、喷嘴环流道静压分布、叶片间隙泄漏流、喷嘴环出口总压损失和熵值分布、下游转子内熵值以及尾迹损失等方面的分析,得出:三维弯扭叶片由于改变了喷嘴环内压力场的分布,有效降低了喷嘴环内通道涡和间隙涡的损失,改善了涡轮进口沿叶高方向的进气攻角分布。本文设计的三维弯扭叶片采用反倾斜,从叶根至叶顶喷嘴环开度逐渐减小,展向叶型未作变化,因此相同叶根开度下通流面积较原型有所减小,相同膨胀比下流量有所下降,影响了喷嘴环的流通能力。此外,由于仅采用圆弧线作为弯曲积叠线,喷嘴环叶片与下游涡轮的匹配未达到最佳,导致下游涡轮靠近轮毂的流动损失增加,减小了喷嘴环损失减小所带来的效率增加幅度。