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本文利用定常的三维Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras (S-A)湍流模型，对一离心压缩机模型级内部三维湍流流动进行了数值模拟，用能量梯度理论分析了离心压缩机模型级内的流动失稳机理。研究发现在设计工况下，扩压器流道内部靠近轮盖和轮盘处，流动越容易出现不稳定。根据能量梯度理论的分析结果，提出了叶片扩压器两壁面子午型线中部收敛及修改弯道子午型线的改进方案。经对比发现，当叶片扩压器两壁面型线分别都收敛2mm并且弯道具有合适的曲率时，改进后的模型级性能最佳。改进后模型级在设计工况下的多变效率较原模型级的多变效率提升了3％。计算结果表明，基于能量梯度理论对离心压缩机模型级内部流动稳定性的分析结果，所提出的改进方案是切实有效的。