伴随着小型燃气轮机日益广泛的应用以及其尺度的不断缩小，燃机传热效应越来越明显，此时若对气体流动过程继续沿用绝热的处理方法，必导致燃机的设计估算误差。热量从燃机高温端(主要是透平)传入低温端(主要是压气机)，会带来一系列的副作用，包括压气机、透平乃至燃机整体性能都会受到影响。本文的主要内容即是针对非绝热“背靠背”小型燃气轮机，研究内部传热效应对性能的影响，通过热力学模型分析，阐述其传热机理，建立非转实验台，以CFD、实验等手段对燃机传热现象进行模拟和验证，进而考查相关隔热措施，指导改进非绝热小燃机设计。首先，本文在前人工作的基础上，推导分析了压气机和涡轮非绝热运行工况热力学模型。基于一定假设，定义三种不同的效率表达式，即为绝热效率、非绝热效率和传热效率。发现测量效率(即非绝热效率)不能准确反映部件的实际气动能力，它对压气机和涡轮实际气动效率的估计均存在偏差，而传热效率可视为实际气动效率。文章具体分析了影响各种效率改变的因素及变化趋势。本文采用ANSYS CFX软件对MarkⅡ叶片进行流热耦合验证计算并与实验值比较，研究表明虽然流热耦合计算的精度受湍流模型、转捩模型、网格密度等诸项因素制约，但相比非耦合计算，其结果更加接近真实值，完全满足工程计算要求。流热耦合计算的准确应用，将大大推动非绝热燃机的设计效率。本文以真实“背靠背”小燃机为模型，以相似准则为基准，自行设计了非转模型实验台，并且搭建了实验台软硬件测试系统。基于非转实验台进行传热实验考查，测量了不同工况条件实验件压气机、涡轮通道的壁面温度分布，并与数值计算结果进行对比，两组结果吻和得较好，进一步验证流热耦合计算的有效性。另一方面，考查了不同隔热方式的隔热效果，发现降低空隙辐射强度是工程上较为有效和可行的一种方法，从而给真实燃机的隔热设计提供了参考。本文针对某“背靠背”80kW非绝热小燃机建立三维整机计算模型，进行了CFD数值模拟。对比不同计算方式结果发现，绝热计算与耦合计算对流场影响的差别主要体现在温度场的不同上，而对流场内的压力场及其他参数影响不太明显。同时对有无隔热情况也进行了耦合计算比较，可以看到，采用有隔热耦合计算，燃机热效应明显减弱，这又一次验证了隔热设计对非绝热燃机的有效性。最后，为了使压气机性能与透平更好地相匹配，对非绝热压气机修改设计指标，并尝试进行了气动改进设计。新设计压气机提高了通流能力，并且减小了扩压器尺寸。计算结果表明，改进设计的压气机传热效应有所降低，取得一定效果。