离心压缩机在国民经济行业中占有重要的地位,其发展水平亦是一个国家工业整体实力的重要体现。在我国现代化建设面临着资源、环境可持续发展和国家安全的今天,提高大型压缩机设计水平及对其内部气动性能的研究具有重要的战略意义。以往的离心压缩机设计研究对于提高设计工况点的气动性能以及效率关注更多,而离心压缩机的实际运行情况多数是在一定的工况范围内工作,很难使压缩机持续在设计工况点位置运行工作。因此,对于离心压缩机的研究,除了需要满足设计点要求的同时,相关的调节性能的研究对工程应用具有一定的价值。本文以某型号带可调进口导叶的半开式叶轮离心压缩机为研究对象,结合CFD技术以及优化方法对半开式叶轮离心压缩机首级进行气动分析以及性能优化。研究工作主要包括两部分内容：第一部分为半开式叶轮离心压缩机首级内流场的数值分析。首先通过对某半开式叶轮模型级的数值模拟与试验比对,验证数值模拟方法的可靠性；然后对该型号离心压缩机不同入口导叶开度下的流场进行精细分析,在获得不同导叶开度下压缩机运行特性曲线图的基础上,考察入口预旋以及蜗壳对叶轮叶片表面压力载荷的影响,分析不同导叶开度情况下的叶片压力脉动特性,从而进一步增加对离心压缩机内部流场的认识。第二部分为该型号离心压缩机静止部件的性能优化。在压缩机变工况运行中,了解内部流场的流动规律,寻找压缩机内部流动欠佳的问题并对其进行优化改进。建立了气动性能鲁棒性优化模型,目标函数为分别在90%、100%和110%设计流量下的扩压器和蜗壳静压恢复系数的最小值最大化。分别对扩压器和蜗壳进行全局优化算法分析,得到扩压器和蜗壳设计参数的最优解,提高扩压器和蜗壳的变工况运行性能,从而提高压缩机整级的气动性能以及运行效率。