随着人类的科学研究领域向深空和深海延伸，传统动力转换装置由于其自身具有能量密度低、续航时间短的缺点，无法满足使用要求。氦氙混合工质闭式布雷顿循环动力能量密度高、续航时间长，且氦氙混合工质改善了氦气较难压缩的物理性质，保留了高稳定性、无污染等诸多优点，因此应用氦氙混合工质的闭式布雷顿循环动力在未来的发展中具有广阔的前景。 离心压气机作为氦氙混合工质闭式布雷顿循环的核心部件，相关的设计与流动机理研究较多，但大多是以常规空气工质离心压气机作为设计与研究对象的，而氦氙混合工质离心压气机相关设计方法及理论方面的研究较少，内部流动机理尚不清晰，尚有待进一步研究。基于上述背景，本文的主要研究内容如下: 首先对氦氙离心压气机叶轮和扩压器进行了气动设计研究，研究了叶轮相对速比及扩压器壁面扩张角对压气机级性能及内部流场特性的影响，分析了全通流情况下氦氙离心压气机的性能及内部流场机理，揭示了氦氙混合工质与空气工质离心压气机设计参数选取规律的差异性和氦氙混合工质离心压气机的通流特性。 其次针对离心压气机内最关键的泄漏流动问题，对氦氙离心压气机叶顶径向/轴向间隙独立变化以及间隙形态分布对间隙泄漏流动及性能产生的影响进行了研究，总结出了氦氙混合工质离心压气机叶顶间隙高度及形态对其性能的影响规律，研究结果指出:递减式叶顶间隙分布使离心压气机在2.76％泄漏面积下效率较均匀分布提高0.23％，在5.58％泄漏面积下提高0.17％。 最后，考虑到氦氙混合工质的成本昂贵，对氦氙混合工质离心压气机可替代工质进行了初步探索研究，提出了一种基于实际环境温度的相似方法，具体分析了离心压气机叶轮与全通流下空气、氩气、氦气、氮气和氦氙混合等五种工质的流动与性能的相似性，初步研究结果表明:氩气与氦氙混合工质在离心压气机中的马赫数分布、叶片载荷分布、损失分布等方面上均具有较高的相似性，且比氦氙混合工质更低的流动损失和略高的总体效率，因此考虑氩气在该离心压气机中具有可替代氦氙混合工质的作用。 本文在氦氙混合工质离心压气机设计方法研究、全通流特性分析、间隙流动规律总结及可替代工质的探索等诸多方面的成果，可为氦氙稀有气体混合物工质离心压气机设计提供参考，同时也可为特殊工质叶轮机械寻求替代工质提供理论依据。
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