氦气闭式布雷顿循环（氦气轮机）在未来的第四代高温核能系统、太阳能光热发电及工业高温余热等领域具有很好的应用前景。多级轴流氦气压气机是氦气轮机核心组成部分之一，其性能的高低对整个热功转换系统运行的安全性和稳定性有着直接影响。喘振和旋转失速是压气机中两种最典型的流动失稳现象，会严重影响压气机乃至整个系统的性能与安全，在运行中需要严格避免。目前的氦气压气机设计主要还是基于传统空气压气机的设计方法和经验，然而由于氦气的特殊物性，氦气压气机在结构上具有级数多、叶片短、轮毂比大等特点，很难在设计之初就获得很好的气动性能及失稳裕度，还需要进行更多的实验验证。因此，为了提高氦气压气机的失稳裕度，需要对其流动失稳的产生及发展过程进行深入研究。另一方面，由于氦气实验的成本和对设备的要求较高，完全使用氦气进行压气机各项实验耗资较大，若能利用相似模化原理，采用空气工质进行相关实验则较为理想，但由于氦气和空气物性的巨大差异，很难满足严格意义上的相似准则。为此，需要探寻多级环境下下氦气和空气相似模化准则，以便能够借鉴目前成熟的空气压气机的设计经验对其进行优化改进，进一步优化针对氦气压气机的设计方法。　　本文利用闭式循环多级轴流氦气压气机实验台，分别使用氦气和空气工质，在相似模化的条件下对多级轴流氦气压气机的流动失稳进行了实验研究。实验中利用准静态数据采集系统和动态数据采集系统分别获取了压气机在各转速下的性能数据和壁面动态静压数据，并通过压气机特性曲线、时域图、频谱分析等方法对数据进行了深入分析研究。实验结果表明，在不同转速下，氦气压气机的流动失稳呈现出不同的流动特征:在高转速下，流动失稳呈现出大尺度、高振幅、低频率的喘振特征;在低转速下，流动失稳表现为小尺度、高振幅、高频率的旋转失速特征;而在中间的过渡转速，则表现为大尺度和小尺度扰动同时出现;基于相似准则的空气工质实验所表现的流动失稳特征与氦气工质实验一致，且相对应的B参数亦接近，说明流动失稳特征与工质无关，是压缩系统特性的表现。　　本文还借助计算机CFD软件，对该多级轴流氦气压气机进行了数值模拟研究。数值模拟中取氦气压气机全周的1/7建立了多通道结构网格，分别使用氦气工质和相似模化条件下的空气工质进行数值模拟计算，将两种工质在不同转速不同工况下的结果进行了对比分析，分析它们在特性曲线、吸力面极限流线、叶片表面压力分布及气流角等方面的特征。研究结果表明，在本文的相似模化方法下，氦气和空气工质模拟得到的结果在各工况下都具有良好的相似性，并且对本文的试验系统而言，压气机的流动失稳主要源于静叶严重的流动分离现象，需要在今后对静叶进行进一步的优化改进。