采用布雷顿循环的分布式太阳能碟式热发电系统聚光比高、容量小、易于多能互补,受到产业界和学术界重视。向心透平作为分布式太阳能碟式热发电系统的核心热功转换部件,具有结构紧凑、功率质量比高、运行稳定、适用工质广泛等优点。本文采用实验测试和数值模拟相结合的方法,研究了向心透平的气动特性,分析了多能互补系统的运行模式切换对向心透平性能的影响。以压缩空气为工质,搭建了向心透平实验台。实验研究向心透平的性能变化规律,分析了入口温度、压力对向心透平的影响。结果表明:随着温度的升高,向心透平的转速和输出功率不断升高,但是膨胀效率与温度没有明显线性关系,保持在65%左右。温度一定时,入口压力越高,输出功率和转速越高。建立了向心透平数值模型,利用逆向建模获得向心透平叶片和蜗壳的几何模型,网格划分后进行数值模拟。采用实际的空气吸热器出口气体温度、压力作为透平入口边界条件,实验与模拟结果的质量流量相差7.7%,验证了数值模型可靠性。分析了蜗壳内部流场分布情况,发现压力和温度在蜗壳内分布较为均匀,蜗壳具有良好的导流作用,但靠近喉部流动比较复杂。研究了动叶内部不同叶高处的流场分布,结果表明叶片前缘和尾缘存在低速分离区导致能量损失,影响了透平效率。针对带储热、燃气补燃的多能互补太阳能碟式热发电系统,探究了系统在太阳辐射变化时三种运行模式(太阳能、太阳能结合储热、太阳能结合燃气)的控制策略,利用数值模拟方法分析了运行模式切换对向心透平性能的影响。模拟结果表明,从太阳能或太阳能储热切换到太阳能燃气补燃模式,保持透平入口温度不变,透平输出功率降低3%,透平流量降低2%。多能互补的模式在切换时透平性能变化较小,采用补燃或储热放热等措施可以实现系统的平稳过渡运行。