开式向心涡轮通过削去进口段转子轮盘来降低转子重量及轮盘离心应力,广泛应用于微小型燃气轮机中。受削去轮盘的影响,开式向心涡轮转子在叶片进口段同时存在叶片背部间隙及轮盘背部间隙。背部间隙流使动叶通道内二次流结构变得更加复杂,同时更为严重的是,叶片背部间隙内较高的热负荷及轮盘背部间隙内燃气倒灌现象将对涡轮转子寿命造成不利影响。本文使用数值计算方法,分析开式向心涡轮背部间隙流的流动与传热特性,主要工作内容如下：1.对开式向心涡轮动叶通道内间隙二次流结构进行研究,同时分析间隙流对出口气动参数的影响。结果发现,叶顶间隙流、叶片背部间隙流及轮盘背部间隙流相互作用,动叶通道内存在复杂的间隙二次流结构。同时,间隙流将会改变出口气流角分布并降低涡轮效率,其对出口气动参数分布存在较大影响。2.对开式向心涡轮叶片背部间隙内部流场结构进行研究,同时分析叶片背部间隙内部流动机制。结果表明,轮盘顶部径向速度及科氏力突然降低,造成叶片背部间隙进出口压差在低径向位置区域迅速减小。受此影响,叶片背部间隙内泄漏流和刮削流相互作用,此消彼长；间隙内存在复杂的分离、再附、回流及射流等流动现象。3.在开式向心涡轮叶片背部间隙内部流场结构分析的基础上,对叶片背部区域传热特性进行研究,同时采取措施减小叶片背部热负荷。结果发现,间隙内复杂的传热系数分布主要受泄漏流再附及刮削流射流效应的影响。增加间隙大小虽然将增大泄漏流损失,但是却能降低刮削流射流效应造成的高传热系数；叶片背部吸力面肩壁凹槽能够有效降低间隙内流速及再附强度,从而大幅降低叶片背部传热系数。4.对开式向心涡轮轮盘背部间隙密封流流动特性进行研究,在不同密封设计方案下,分析轮盘背部间隙密封流对涡轮效率、轴向推力、冷却效率及燃气密封效率的影响。结果表明,选取较大的轮盘直径能够在一定程度上提高涡轮效率,但是较大的轮盘直径不仅将增大涡轮轴向推力,而且还将大幅降低密封流冷却效率及燃气密封效率。在同样的轮盘直径下,径向间隙密封的冷却效率和燃气密封效率高于轴向间隙密封。