可变几何涡轮增压器能够解决传统增压器的稳定工况范围窄、低速扭矩不足、瞬态响应性差等严重问题。为了使得增压器能够与发动机的配合到达最佳状态,发展了可变几何技术。发动机的变负载情况频繁,导致涡轮增压器处于变工况下运行,从而导致涡轮总体性能变化范围广,形成涡轮级内部复杂的流动情况。因此,对变工况下涡轮级内流场进行分析,在此基础上对涡轮结构进行优化,对于控制涡轮内部流动损失,以及提升涡轮效率具有一定的工程实用价值。本研究课题兼顾现有研究条件和研究目的,围绕可变几何涡轮增压器涡轮级的内流场分析及气动优化等方面展开。其主要研究工作如下:用非接触式结构光扫描仪和二维轮廓仪来获取涡轮级弯扭型涡轮叶片的点云数据和喷嘴环的几何数据,并借助UG/Imageware逆向造型技术平台及三维建模软件Pro/E建立精确的涡轮级三维模型。在此基础上,通过结构化分块网格划分技术建立计算模型,并对计算模型进行网格无关性验证。通过NUMECA数值计算平台对已验证的低、中、高速工况下涡轮计算模型进行内部流场求解和细致剖析,探明涡轮级内部流动损失情况,为涡轮级内部流动情况的改善提供流场参考。研究发现:喷嘴环及涡轮的成型方式导致变工况下涡轮叶片及喷嘴环叶片前、尾缘处形成了局部流动损失;涡轮通道内部流动损失的主要成分是因二次流引起的各种涡系的生成和发展;并且发现造成各工况下流动损失的涡系结构影响范围和强度各不相同,低速工况下的涡轮通道内通道涡的强度较高速工况下大,这也是导致低速工况下涡轮效率偏低的主要流动状况的主要原因;喷嘴环高速叶片斜切口流道内流动情况复杂使得涡轮处于高速工况下流动损失大。涡轮级内部的流动情况复杂,该研究对如何降低涡轮通道内的流动损失,改善涡轮的整体性能有重要意义。本文将涡轮效率设为优化目标,运用均匀试验方法对其结构几何参数进行优选,对结构进行了改良,优化后使得其效率得到提升,其内部流动情况得到改善。通过优化前、后的涡轮流场进行比对,表明通道涡、泄露涡影响范围被抑制是涡轮效率提升的本质流动特征。为涡轮增压器的开发、应用及性能优化提供流场依据。