离心式压缩机属于透平式机械,通过叶轮的旋转对工质做功,最终达到提升压力的目的,被广泛应用于国民经济的多个部门。小流量情况下,离心式压缩机内部会出现旋转失速和喘振等非稳定流动现象,影响其稳定工作,为安全生产带来隐患。以往通过实验直接测量流动参数的方法受到仪器,精度,测试周期等方面的局限,存在不足,且难以提供流场中细节部分的信息。作者认为,考虑到硬件成本和时间成本的双重制约,进行高精度的多通道非定常计算或许是一个较优的选择。本文的工作主要分为以下几个方面:1)采用单通道计算验证数值模拟设置和数据分析方法;2)对多通道模型进行了非定常计算,包括对背压调节工况下流动机理的分析,捕捉到了流道中部的周期性结构,阐述了小流量工况下流动失稳的机理;3)利用多通道模型,对带机匣处理的离心叶轮的内部流动进行分析,关注其在变工况环境中的扩稳机理,分析了不同流量工况下抽吸口工作状态的改变。基于以上工作,本文主要得出以下几方面结论:1)同时采用单通道模型和四通道模型进行了定常和非定常计算,经过对比发现,多通道非定常计算可获得更多的流场细节,有助于发现周向上的流动规律,但在获取特性曲线的能力上区别不大,仅在稳定工况范围上有一定的差异。从节约计算资源的角度考虑,可采用单通道的定常计算来获取离心叶轮的工作特性曲线。2)采用了相对涡强度这一参量对流场进行观察,在流道中部观察到了周期性发展变化的涡结构。其周期可通过分析该位置处压力波动的频谱得到。3)通过对比压力面与吸力面不同叶高位置的叶片表面压力发现,叶片两侧的压力分布呈现不同的特征。在压力面,在叶顶附近叶轮中部位置,压力波动的幅值较大,可超过平均压力值的3%;而在吸力面一侧,波动幅值大的区域为叶轮出口叶根位置处,最大幅值可达6%。通过对比叶片表面压力在周向上的差异以及随时间变化的情况可见,从总体上看,压力分布与空间平均值的差异比与时均值的差异要更大,说明流动情况在周向上的变化比其自身随时间的变化要更加显著。因此,为了更好地捕捉离心叶轮内的流动细节,应采用多通道甚至全通道模型进行数值计算。4)在小流量工况下,叶顶间隙泄漏流与主流的掺混加强,流道有效通流面积减小。泄漏流可能越过相邻通道在周向上进行流动,流动方向与叶轮旋转方向相反,与旋转失速的传播方向相同,这一流动现象促进了非稳定流动现象沿周向的传播。综合以上几点,流道中部涡结构的周期性变化发展及其沿周向的传播,可能是离心压缩机小流量工况下失稳的原因。5)对无机匣处理方法的离心叶轮进行了背压调节的数值计算,观察到在背压升高的过程中加压曲线的斜率发生了改变。借助实验数据分析中常用的联合时频分析方法对数值模拟结果进行分析,观察到在加压曲线斜率发生改变时,低频段的频率峰值带宽增加;而在接近极限压比时,可观察到新的频率峰值的产生。叶轮入口与出口位置压力波动的频谱存在较大差异,但在小流量下进入失稳的过程中,时频图的变化趋势相似,具有一定的共性。6)研究了带机匣处理的离心叶轮由95%设计流量线性下降至85%设计流量的过程,观察到回流通道工作状态的改变。在95%设计流量工况,机匣装置向流道中部注入0.19%的主流流量;在85%设计流量工况,抽吸流量为主流流量的1%。在周向上,抽吸孔的工作状态存在差异,具有与叶片周期相同的周期性。在流量减小的过程中,回流通道内的流动情况发生了显著改变,但在叶轮通道内,流动状态比较稳定,没有发生明显变化。