离心压缩机在国民经济的各部门中占有重要的地位。离心叶轮作为离心压缩机中的核心部件,其性能的好坏影响着离心压缩机甚至整个工业流程性能,因此离心叶轮的气动设计和优化方法一直被研究者们关注。离心叶轮的气动设计方法主要分为正问题与反问题两大类。正问题方法是通过直接控制叶片几何参数更改叶型,然后通过数值计算求解该叶轮的的流场信息以验证叶轮的性能是否符合要求,此种方法较依赖于设计者的经验且易造成叶片不光滑导致叶轮性能下降。反问题设计方法的出现可以使设计者通过直接控制叶片载荷分布来修改叶型,达到设计目的,避免了正问题设计方法的弊端,与之而来的问题是如何给定合理的载荷分布从而获得高效的叶轮。针对以上问题,首先本文将使用反问题设计软件首先对一中等流量系数(Φ1=0.1)的离心叶轮进行设计,并利用数值方法研究不同载荷分布对其外特性、内流场及叶片几何参数的影响。分别对盘侧与盖侧载荷分布对叶轮外特性的影响进行了研究,结果表明盖侧前加载叶轮可以获得较高的效率及较宽的阻塞工况,但喘振裕度较小,中加载叶轮有较宽的工况范围但效率较前加载略低,后加载叶轮对小流量工况有利。对该叶轮来说,盘侧后加载可以获得较高的叶轮效率及较宽的工况范围。此外,本文还对载荷分布如何影响叶轮内流现象进行了研究,包括叶轮内回流现象、二次流现象及摩擦损失。并通过以上研究对叶轮设计过程中如何给定载荷分布型式进行了总结。其次本文根据所得到的结论对两个具有代表性的离心叶轮进行了设计优化,分别为大流量系数(Φ1=0.206)离心叶轮的设计及有实验数据的中小流量系数(Φ1=0.068)离心叶轮的优化。大流量系数离心叶轮设计点多变效率为96.5%且变工况性能较好,中小流量离心压缩机级效率提高1.3%,所得到的结论为离心压缩机叶轮设计及优化提供指导。本课题由辽宁省自然科学基金资助。