径-轴流式涡轮作为空气循环制冷系统的核心组件，具有单级膨胀比高、结构简单紧凑及效率较高等特点，广泛应用于航空、车辆等领域中。径-轴流式涡轮叶轮通道内气体流动复杂，容易产生二次流、气流冲击，影响涡轮性能及寿命。为减少流动损失，提高涡轮效率，开展涡轮叶轮优化设计研究十分必要。叶轮优化设计过程采用数值计算及基于Kriging模型的优化方法进行模拟研究分析，主要内容包括以下几个部分：（1）介绍了涡轮的研究背景，包括涡轮的工作过程、应用范围及性能影响参数。阐述了涡轮基本结构，并对国内外涡轮的研究现状进行了综述和分析，在此基础上对本文的主要工作进行了说明。（2）针对冷库设计要求，完成冷库制冷系统设计状态下的参数选择匹配工作。根据该系统中冷却涡轮部件的设计要求，在完成初步设计，确定涡轮基本几何尺寸的基础上，采用内切圆方法构造子午型线，结合z面中弧线造型设计方法进行叶轮三维造型设计，基于Bezier曲线、曲面完成了喷嘴环、蜗壳设计造型。（3）在对数值方法进行概述的基础上，对某型径-轴流式涡轮进行了数值模拟，对比分析了试验和不同网格数下数值计算结果。验证算例表明数值方法能够较好地预测涡轮性能。（4）基于数值计算方法，研究叶轮叶片数目、喷嘴环叶片安装角对涡轮性能的影响，结合Kriging模型、EI方法及最优化算法对叶轮叶片参数化设计变量进行优化，预测最终优化设计所得涡轮的工作性能，绘制流量特性曲线，初步分析了几何参数对涡轮性能的影响。（5）对本文的研究工作进行总结，对后续研究方向提出展望。