压气机作为三大核心部件之一,其性能好坏直接影响着航空/舰船/地面燃气轮机整机性能。离心压气机以级压比高、结构简单、尺寸小等特点在涡轴/涡桨发动机与中小型燃气轮机中获得广泛应用。随着整机性能要求不断提高,对高压比离心压气机需求日渐增加。尽管离心压气机流动三维性极强,其设计理论与体系的多层次性依然清晰:一维设计给出方案、通流设计给出详细流动、造型给出三维叶片几何、三维CFD分析优选,但针对总压比11这样高压比离心压气机,其气动设计仍极为困难,主要体现在通流设计的可参考性渐失。在此技术背景下,本文对总压比11离心压气机进行了气动设计探索。首先,为了保证气动设计中CFD工具使用的可靠性,本文对所使用CFD软件针对离心压气机案例进行了详细校验。其次,对课题组现有离心压气机气动设计系统基本原理进行了解读和介绍,并对其中一维方案设计和通流设计程序进行了初步校验,以保证设计工具使用的准确性。基于上述气动设计系统,以总压比11、效率不低于77%为设计指标,开展了高压比离心压气机级的气动设计,期间,由一维方案设计获得该高压比离心压气机的总体几何参数,并通过反复特性评估,进行参数优选,确定总体设计方案;在此基础上,采用通流程序进行详细设计,获得叶片前、尾缘处相对气流角分布,形成后续叶片造型设计的参考依据;采用任意中弧线造型后,经与三维CFD分析反复迭代优化完成了最佳叶轮详细设计;最后根据径向扩压器设计准则,确定径向扩压器尺寸参数,结合压气机级的三维CFD反复修正获得最佳设计结果。最终,三维CFD分析显示,所设计离心压气机设计工况总压比为11.7、绝热效率77.2%、工作裕度11.3%。最后分析了分流叶片层级及叶顶间隙等参数对离心叶轮气动性能的影响,结果表明,增加分流叶片数目可以提高叶轮压比和裕度,但过多的分流叶片会增加损失。叶顶间隙对于流动并不全是负面影响,存在较小的叶顶间隙可以改善叶轮的流动情况。