以失速和喘振为代表的不稳定流动会直接影响离心压气机的工作范围,甚至引发严重的事故,对于高转速的离心压气机,其内部的不稳定流动更加复杂。研究和掌握非稳定流动的特征,准确识别不稳定流动的时空特性,对于提高离心压气机运行的安全性和可靠性具有重要意义。以一台带无叶扩压器的高速离心压气机为研究对象,结合动态测试和数值模拟的方法研究小流量下的非稳定特性,主要的研究内容和成果如下:1.参与搭建了高速离心压气机实验台,布置Kulite动态压力传感器并使用NI-9215采集卡实现了动态压力测量。2.测试获得了高速离心压气机在四个不同转速下的气动性能,并利用动态压力测试技术测量得到了各转速下从稳定到非稳定流量工况的动态压力信号,捕捉到了压气机进喘的全过程。3.结合性能曲线,对动态压力信号进行相似分形维数分析,发现信号具有分形维数和多重分形特征。计算了相关积分,发现叶轮出口的相关积分值随流量下降而减小,接近失稳时变化幅度最为剧烈。4.分别采用经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）和时空本征模态分解（Spatiotemporal Intrinsic Mode Decomposition,STIMD）方法对压气失稳过程中叶轮出口的动态压力数据进行分析,得到了多个本征模态函数,对比发现STIMD方法能改善EMD存在的虚假分量和模态混叠问题。使用STIMD方法捕捉到了离心压气机进喘过程中的失速和喘振先兆现象。5.采用非定常数值计算方法对二维无叶扩压器的内部流场进行了数值模拟,得到不同入口流动角下的收敛和发散过程,并对计算过程中的非定常流场进行动力模态分解（Dynamic Mode Decomposition,DMD）和本征正交分解（Proper Orthogonal Decomposition,POD）,直观地揭示了扩压器内部扰动的发展或抑制过程。6.采用单通道模型对带无叶扩压器的离心压气机进行了定常数值计算,获得不同旋转速度下的气动性能曲线,并与实验结果进行比较。7.采用全通道模型对带无叶扩压器的离心压气机进行了非定常计算,获得了设计转速下的性能曲线,与实验结果吻合较好。从流场中可以观察到在小流量下低速流体团的演化过程,其频率也与实验结果接近。对非定常流场进行DMD分析,得到了不同频率的流动模态信息。