超临界二氧化碳布雷顿循环作为一种新兴的能源转换技术，具有结构紧凑、效率高等优点。增压设备作为动力循环的核心，其性能对循环热效率有重要影响。SCO₂是一种介于气相与液相之间的工质，其增压设备既可以选择液体增压常用的泵，也可以选用气体增压常用的压缩机。在SCO₂动力循环中，目前国内外SCO₂增压研究主要工作聚焦于离心式压缩机，对于离心泵的可行性及性能少有关注。本文通过对比离心泵与离心压缩机的结构设计理论，分析介质超临界态对增压设备选型设计带来的挑战，提出了SCO₂离心泵设计及数值模拟中的难点，分析了离心泵作为SCO₂动力循环增压设备的可行性及设计与运行时所需要考虑的问题，而后续对于三维流动现象的研究也将为SCO₂离心泵的设计提供重要参考。

超临界二氧化碳（S-CO₂）的高密度特性使得离心压缩机的结构十分紧凑，较小的绝对叶顶间隙也会导致叶顶间隙相对值较大。与空气压缩机相比，这一结构特征征势必会带来叶轮出口紧凑空间中泄漏流动的显著增强，进而改变叶轮出口速度分布。本研究通过稳态模拟研究了不同相对叶顶间隙（CR = 0%、3.33%、6.66% 和 10%）对叶轮出口射流-尾迹的影响。结果表明：受尺寸效应影响，叶轮内部二次流与涡结构的类型及分布随叶顶间隙发生显著变化，进而影响叶轮出口的射流-尾迹和扩压器内失速区域的分布。当相对叶顶间隙超过一定界限时，部分二次流被限制在间隙内，沿叶顶间隙向叶轮出口流动，并在轮盖侧形成低流向速度区域。此外，在小相对间隙工况下，尾迹区主要受通道涡和分离涡影响。而随着间隙增大，通道二次流减弱而泄漏流增强，导致泄漏涡向高叶高区域扩展并占据主导，分离涡则在中高位置吸力侧形成。这最终导致叶轮出口尾迹核心区从轮毂侧转移至轮盖侧，同时扩压器内回流区域从低于20%叶高（近轮毂处）上移至超过80%叶高（近轮盖处）位置。

工质在近临界区的压缩耗功小，基于这一特性可构建高效发电或储能系统，但目前还没有对不同类别工质近临界区压缩的共性特性研究。本文以H₂O、CO₂和R134a为研究对象，首先针对工质在近临界区物性的共性特点，提出了近临界压缩机共性一维设计方法和性能预测模型，并依据设计结果建立模型并进行数值模拟，结果表明数值模拟与性能预测结果有4%左右的误差，这是由于这是由工质粘度和工况变化共同导致的。因此根据工质的粘度对通流损失系数和摩擦系数进行修正，并且引入衡量出口气流角变化的滑移因子模型与流量修正系数以考虑转速与流量变化对损失模型造成的影响。优化后的性能预测结果与数值模拟结果的误差保持在1.2%以内，体现出新模型在预测不同工质近临界压缩性能的优势。

可控转速机匣是一种新型的机匣处理技术,将原始的全固定式机匣设计为可转动环段和固定环段两个部分。可转动环段的起始位置是影响可控转速机匣作用范围的重要参数之一。本研究探讨了可转动环段的终止位置固定在转子叶顶尾缘位置时，起始位置的变化对压气机气动性能和流动稳定性的影响。结果表明：当可转动环段的起始位置处于叶顶尾缘附近时，可控转速机匣通过改善尾缘附近的二次流，实现微弱扩稳。然而，当起始位置与叶尖泄漏涡和诱导涡破裂区域重合时，可控转速机匣会对起始位置上游的流动产生扰动，造成低能流体的堵塞面积增加，诱发压气机的提前失速。当起始位置处于转子叶顶前缘位置时，可控转速机匣可以有效改善叶顶泄漏流动，并促进泄漏涡远离相邻叶片压力面，削弱了叶顶通道的堵塞效应，从而显著提升了压气机的流动稳定性。此时，可控转速机匣可使压气机稳定工作裕度最大提升45.11%。

逆向射流技术对于在大气层内长航时飞行的高速飞行器能够提供优异的气动热防护效果。然而，单孔逆向射流技术存在一定局限性，包括对射流压力要求较高且机动性不足。为此，本文提出了一种新型多孔逆向射流方案，该方案由位于驻点的主孔射流和在驻点下游的多个低压辅孔射流组成。研究结果表明：布置在主孔回流涡以内的辅孔能够有效抑制主孔射流再附，进而可降低主孔再附区的峰值热流；较小尺寸的辅孔在其下游形成的回流涡能够有效附壁，从而在不同辅孔射流压力下均能实现高效防热。通过构建并排与错排多孔逆向射流构型，计算结果表明在相同的射流质量流量下，多孔逆向射流的峰值热流能够较单孔射流降低11.7%。当存在来流攻角时，多孔布局可较等流量的单孔射流降低12.2%的峰值热流。这些结果表明低压多孔逆向射流方法在防热与改善机动性上的有效性，展现出了较好的工程适用性。