全三维的气动优化设计是涡轮气动优化设计的最终过程,但是直接进行全三维的优化设计会遇到很多的问题,三维计算规模庞大,需要考虑的问题较多,所以在三维设计之前进行充分的准三维计算,给定一个好的初值,三维优化设计时效果会好很多。将传统设计流程和现代设计概念相结合,形成一套完善的分层次优化设计系统是非常有必要的。本文首先阐述了涡轮气动设计体系与气动优化设计的发展历史。详述了一维和S2流面正问题气动优化设计的发展历史。系统介绍了本文所采用的S2优化设计系统,包括叶片造型、S2流面计算、优化方法及优化软件。本文针对一维和S2的程序,采用多岛共同进化、精英保留策略对简单遗传算法加以改进,对模拟退火算法从扰动模型和接受概率进行了研究,在编制程序过程中对优化算法的罚函数进行了处理,使得算法尽量满足叶轮机械气动优化设计的需要。并且对处理后算法进行了数值测试,结果显示通过改进的确提高了寻优的效率。本文利用一维和S2计算程序编制了气动优化平台,计算部分界面化,优化部分采用c#编写了优化算法。本文应用一维和S2流面正问题计算程序,考虑设计变量、目标函数、约束条件对一个涡轮进行了优化设计。通过优化过程遇到的问题为优化算法的改进提供帮助。应用本文所介绍的一维和S2优化设计系统,对某台涡轮进行了优化设计,其中包括高低压涡轮和四级动力涡轮。通过一维的优化确定基本参数。S2计算中高低压涡轮的整体等熵效率由87.1%提高到87.5%,动力涡轮的的等熵效率由91.7%提高到92.1%。