通过涡轮增压缩小排量，是内燃机节能和CO2减排的关键技术之一。近年来，为满足内燃机提高升功率、高原高空功率恢复及高EGR率等要求，两级涡轮增压技术成为增压技术的研究热点和发展趋势。两级增压匹配复杂且难度大，是两级增压技术研究的主要难点。传统增压匹配方法基于增压MAP图模型，涡轮设计与发动机循环性能研究相互独立，属单工况匹配设计，未能充分发挥涡轮设计对提升发动机性能的作用，无法满足两级增压全工况优化匹配的需求。针对该问题，本文提出了从两级涡轮设计的角度改进两级增压发动机全工况性能的新思路。研究了两级涡轮特性对两级增压发动机性能的影响，建立了基于涡轮全工况通流模型的两级增压通流仿真平台，探讨了以提高两级增压发动机全工况性能为目标的两级增压涡轮通流匹配设计方法。基于涡轮MAP图模型，探讨两级涡轮特性对两级增压发动机机全工况性能的影响，明确了从两级涡轮设计的角度提升发动机性能的具体方向。引入涡轮全工况通流模型，建立了基于涡轮通流模型的两级增压通流仿真计算平台。该平台将两级涡轮几何参数作为输入变量加入到两级增压发动机循环性能仿真研究中，建立起两级涡轮设计变化与发动机性能变化之间的相互影响关系，利用试验数据对仿真平台进行了标定与试验验证。详细探讨了两级涡轮主要几何参数对两级增压发动机全工况性能的影响规律及原因，确定了两级涡轮五个关键几何参数作为匹配优化的变量。基于两级增压通流仿真平台，发展了以两级涡轮关键几何参数为设计变量，发动机全工况性能为设计目标的两级增压通流匹配设计方法。论文采用两级增压通流匹配设计方法，对某型11升两级增压柴油机的两级涡轮进行通流设计改型，匹配结果表明，涡轮改型设计有效提高了该柴油机全工况性能，尤其是低速工况及部分负荷工况的动力性和燃油经济性，其中，低速工况转矩提高7.4%，燃油消耗率下降5.1%，部分负荷常用工况燃油消耗率下降5.2%，证实了两级增压通流匹配设计方法比传统MAP图匹配方法在两级增压匹配上更加有效。