为应对气候变化形势与节能减排需求，先进燃气轮机技术向高参数、低排放、宽负荷、多燃料的方向发展[1]，其中先进的压气机设计技术是实现燃气轮机高参数、宽负荷发展要求的重要一环。轴流压气机作为重型燃气轮机的关键部件之一，具有高压比、大流量、级数多等特点，对效率、喘振裕度、级压比等气动性能提出了很高的要求。高负荷轴流压气机的气动设计通常依靠多尺度的设计与分析工具，如一维平均流线方法、二维通流计算方法、准三维计算方法、全三维CFD方法等。不同尺度的分析方法不仅表现出不同维度的流场解析能力，而且根据分析方法建立思想的差异，具有不同的适用范围、使用条件与比较优势。实际气动设计流程通过上述方法的串联与迭代，逐渐补充气动设计参数，实现从级间匹配到径向分布再到细节流场的设计与组织。其中，叶片各流面叶型等几何参数与速度三角形等气动参数之间的合理匹配是气动设计的重点之一，二维通流与三维CFD分析方法的综合应用与相互验证则是实现该目标的主要途径。

二维通流计算方法可通过多种控制方程及其离散形式的求解实现，典型方法如求解完全径向平衡方程的流线曲率法[2]与求解周向平均Euler方程或Navier-Stokes(N-S)方程的时间推进法[3]等。自吴仲华先生于20世纪50年代提出三元流理论[4]起，通流计算方法经Smith[5]、Novak[6]、Denton[7]等的不断发展与完善，呈现出显著的灵活性与泛用性；且随着对损失模型及其机理[8]认识的不断深入，通流计算方法的可靠性和准确度也随之提高。如今，通流计算方法作为气动设计与分析的重要技术手段，仍难以被快速发展的CFD计算方法取代。其中原因不仅在于低廉的计算成本，而且在于随着压气机设计技术发展而不断更新的经验模型对CFD方法固有缺陷具有一定程度的弥补。尤其对于多级压气机，CFD方法不仅存在数值格式、湍流模型、转捩模型等引入的偏差问题，而且存在静转交界混合面引入的非物理掺混问题。后者在影响局部流场结构的同时，进一步产生累进误差，对端区流动、匹配特性乃至总体性能预测产生不利影响。

在通流计算方法中，攻角、落后角、叶片堵塞、损失系数等气动参数通过建立与叶片主要几何参数的理论与经验关联式获得。对于充分验证的通流计算方法，经验模型库的建立与模型组合的选取直接体现了其适用压气机及叶片的设计水平；而在二维通流方法的适用范围内，通流计算结果既是对压气机气动布局的合理预测，也一定程度反映了其气动设计目标，即二维通流计算方法兼具分析工具与设计工具的特性。然而，目前的通流计算方法研究相对集中在基于无黏或黏性CFD的通流计算方法完善[9]、非定常与非设计工况等复杂经验模型的建立与发展[10]等方面。通流计算方法应用研究则或是仅发挥其气动分析能力，作为一种气动性能快速预测工具，支撑CFD分析验证或指导模型修正方向[11]；或是仅发挥其设计工具属性，指导叶片几何参数选取[12]等。

随着CFD方法应用能力与范围的进一步拓展，相较之下，通流计算方法尚未充分发挥其比较优势，进而实现与CFD方法更为紧密的结合。尤其在优化设计领域，CFD分析对细节流场结构及对应流动问题的解析虽然能够验证优化设计效果与流动控制机理，但是难以支撑优化问题与设计空间定义。尤其对于多级压气机，局部性能恶化的快速定位、局部流动问题主要影响因素的提取，很难单独由CFD分析确定。在目前研究中，优化设计方法与气动分析方法之间缺乏充分且有效的结合，导致优化问题定义通常被视为验证流动控制效果的必要环节而非指导流动控制方向的充要环节。具体而言，除部分端区流动优化问题具有明确物理意义的设计空间(如弯和掠[13]等)之外，诸多优化设计研究则仅将优化问题定义作为压气机几何参数自由变化的手段[14]。

针对上述问题，通流计算方法以区别于CFD方法的切入角度，在进行快速且可靠的气动性能与气动布局分析的同时，能够反映不依赖叶片详细几何信息的气动设计理念，在速度三角形与功能转化层面提供子午流面流场主要特征。进而，通过与对叶片几何信息敏感的CFD方法的综合对比，探讨叶片损失水平、功能转化能力、气流折转等方面可能存在的问题。根据流动问题的性质差异，调整优化问题定义，指导优化设计方向。

基于以上论述，