压缩空气储能系统离心压缩机具有单级压比高、运行工况范围广、结构紧凑、运行平稳等特点,其特性对储能系统的运行性能具有决定性影响。排气蜗壳作为离心压缩机的重要部件之一,由于完全三维的、湍流的内部流动对压缩系统的整体性能和工作范围有着直接且不可忽视的影响,掌握其内部流动和损失机理及截面参数影响规律对蜗壳设计及系统运行性能有着重要意义。因此,本文对压缩空气储能系统离心压缩机排气蜗壳开展了三维气动优化设计方法研究,主要研究工作及结论如下:（1）开展了排气蜗壳气动匹配设计研究。基于等角动量设计理论,针对切向进口外蜗壳建立了一套排气蜗壳与叶轮、扩压器高效匹配设计体系。设计结果表明:设计后离心压缩机整级的等熵效率和总压比都得到显著提升,稳定工况范围增大,同时蜗壳流道内旋涡流动结构得到改善,内部压力损失减小。（2）开展了排气蜗壳三维参数化设计研究。参照设计的切向进口圆形外蜗壳,采用多个控制面和控制点的方式对离心压缩机蜗壳截面参数进行全周控制,通过6个设计变量来控制单个截面形状,并对设计参数进行无量纲化处理,提出了一种可变截面形状的参数化设计方法。（3）开展了排气蜗壳多目标优化设计研究。首先采用最优拉丁超立方试验设计方法对设计变量进行全局灵敏度分析,确定了设计变量的取值范围;然后以蜗壳通流截面参数化的离心压缩机为计算模型,结合最优拉丁超立方试验设计方法和全三维CFD方法生成样本空间,构建设计变量与目标性能之间的Kriging代理模型,用该代理模型替代实际的数值计算过程;最后以总压损失系数和静压恢复系数为优化目标变量,采用NSGA-Ⅱ遗传算法对蜗壳通流截面参数化的离心压缩机进行三维多目标优化设计,最终建立了离心压缩机系统气动优化平台和优化方法,实现了排气蜗壳的多目标优化。对离心压缩机排气蜗壳进行单截面和多截面的多目标优化,结果表明:在设计工况下单截面优化后排气蜗壳的静压恢复系数提高了 5.52%,总压损失系数减小了 11.24%。与初始设计相比,整级等熵效率提高了 0.45%,总压比提高了 0.36%,优化后的泪滴形截面形状能够减小通流截面旋涡中心的剪切应力,使排气蜗壳内部通流速度分布更加均匀。多截面优化后整级等熵效率提高了 0.55%,总压比提高了 0.45%,排气蜗壳的扩压能力得到进一步提升。本研究建立了有效的离心压缩机排气蜗壳气动优化设计方法,具有较好的工程应用价值。