离心压气机具有结构紧凑、质量轻和单级增压比高等特点,广泛应用于航空航天、交通、能源等领域。因其工作环境较复杂,离心压气机叶轮转速、温度、背压等气动边界条件随机波动;同时,由于制造工艺分散性和叶片污染等叶轮不可避免存在几何误差,这些不确定因素耦合影响造成压气机实际工作性能偏离设计值,甚至出现系统性能极不稳定。且叶轮内部高速气流与强湍流也导致压气机噪声问题严重。针对以上离心压气机气动性能波动与噪声问题,本文开展随机气动边界和叶轮几何误差条件下离心压气机气动稳健性与噪声性能优化研究,为离心压气机及其他叶轮机械设计及应用提供理论依据与参考。本文主要研究内容如下:1.基于三维流场数值分析、拉丁超立方试验设计和Kriging代理模型,构建离心压气机气动性能响应模型;分析叶轮几何结构参数对压气机气动性能的影响规律;量化气动性能与结构参数相关程度。2.采用非嵌入式概率配置点法,分析叶轮转速波动对压气机气动性能影响,明确气动性能对速度波动的敏感程度;基于数值分析、非嵌入式概率配置点法和Kriging代理模型,建立离心压气机随机气动响应模型;结合多目标优化算法,进行气动边界波动条件下压气机性能稳健性优化。3.考虑随机叶轮几何误差与转速耦合作用,基于Kriging代理模型和蒙特卡洛方法建立叶轮多源不确定气动响应模型,分析离心压气机气动性能波动程度;降低优化目标维度,以压比均值及压比和等熵效率的标准差加权函数为优化目标,建立多源不确定条件下离心压气机叶轮气动性能及其稳健性优化模型,采用多目标遗传算法进行优化求解。4.采用Proundman-Lilley宽带声源模型进行离心压气机噪声分析,获得离心压气机内流场声功率级分布规律;基于Kriging代理模型建立离心压气机气动性能与噪声响应模型,分析叶轮几何结构参数变化对压比与声功率级的影响。同时考虑气动性能与声学特性,进行不确定条件下叶轮气动稳健与噪声性能多目标优化。