超临界二氧化碳（CO2）布雷顿循环具有效率高、设备紧凑、工质无污染等诸多优点,在核能、太阳能、余热利用等领域有广泛应用前景。CO2在临界点附近物性变化剧烈,这一特点对系统参数选取、控制、部件设计和实验具有重要影响。探究超临界CO2特殊物性对系统和压缩机的影响对设计高效、稳定的超临界CO2压缩机,提高超临界CO2布雷顿循环效率,实现超临界CO2布雷顿循环商业应用都有积极意义。为此,本文开展了超临界CO2离心压缩机进口参数对系统、压缩机的影响以及压缩机失速方面的研究。首先,针对现有系统研究对部件特性考虑较少的问题,开展了考虑部件可行性条件的超临界CO2布雷顿简单循环和再压缩循环分析,对比了不同约束强度下的超临界CO2循环效率和投资成本变化。研究发现,对于简单循环,随着限制条件的增强,最佳出口压力有减小的趋势,但最佳出口压力始终大于30MPa。当出口压力大于25MPa时,受可行性约束条件的影响,循环实际可实现效率比理论最高效率降低了约0.3-1个百分点。考虑部件可行性条件后,相应的投资成本增加0.02-0.05k$/kW,且最低投资成本对应的压缩机出口压力有所降低,介于22.5-30MPa之间;对于再压缩循环,理论最高效率总是高于考虑可行性条件后的可实现效率,最大偏差接近两个百分点,投资成本比简单循环增加了约0.01-0.5k$/kW。进一步地,从量纲分析出发,分析了影响压缩机特性的无量纲数。在保证运行无量纲参数相同的前提下,采用数值模拟和理论推导相结合的办法研究了进口等熵指数对压缩机气动特性的影响。研究表明,当机器马赫数和机器雷诺数不变,等熵指数的增大会降低负荷系数和叶轮出口马赫数,增大无量纲轴向推力、吸力面前缘马赫数和叶尖局部载荷。基于守恒定律和等熵关系的一维和准三维叶轮机械气体动力学方法论证了上述结果的可推广性。此外,雷诺数效应在超临界CO2离心压缩机的气动设计和实验中都是不可忽略的。再其次,分析了超临界CO2物性引起求解器发散的原因,改善了求解器收敛性,在此基础上开展了超临界CO2压缩机全通道非定常数值模拟研究。非定常计算得到的类气、类液进口状态下的结果均与实验结果符合良好。根据近失速点的模拟结果发现,IET超临界CO2离心压缩机是由泄漏流从部分叶片通道前缘溢流诱发的失速,具有很强的非轴对称性,并分析了周向波动数与叶片数的关联性。根据全周非定常结果,利用快速傅里叶变换获得了兆瓦级超临界CO2离心压缩机旋转不稳定性的周向传播速度。最后,在确定泄漏流和前失速先兆关联性以及诱发失速先兆机理的基础上,采用自循环机匣处理有效地控制了近失速点泄漏流强度,抑制了泄漏流与相邻叶片干涉,改善了叶尖堵塞状况,同时拓宽了压缩机失速裕度和堵塞裕度,为未来实现高效、高稳定性超临界CO2布雷顿循环提供了一条技术途径。