径流式透平作为一类小型热功转换装置,在很多方面得到了应用,例如以其作为关键部件的微小型燃气轮机,广泛用于小型分布式发电、冷热电联供、车辆混合动力以及军用车辆的辅助电站等。本文对微小型燃气轮机径流透平的方案设计、三维造型与优化方法进行了详细研究。具体工作和主要结论如下(1)在分析各种因素对径流透平速比和反动度限制的基础上,提出了一种比较合理的速比和反动度的选择方法,并用C语言编写了径流透平一维热力设计计算程序(OCC),通过与已发表文献中的一维热力计算程序(OFC)结果进行比较,发现两者结果基本一致,且OCC设计总对总效率要高于OFC的设计效率；用一维热力设计程序对600kW燃气轮机径流透平导叶和动叶进行了设计,并进行了三维计算,对比发现一维程序计算结果与三维CFD数值模拟结果两者基本一致,验证了本文的设计方法以及一维热力设计程序对于微小型径流透平的方案设计是适用的；(2)采用二维分析方法,研究了进气蜗壳设计方法,编写了蜗壳设计计算程序。根据程序计算得到的蜗壳截面的几何参数,可在UG中实现蜗壳的三维造型；(3)对600kW整级径流透平进行数值模拟,整级透平包括蜗壳、导叶以及动叶,分析整个透平级的整体性能以及流动特征。整级透平数值模拟结果表明,导叶内的流动相当好,优化的空间不大,叶轮整体上设计比较成功,但仍需要进一步的优化；(4)研究了径流透平气动优化设计方法,建立了气动优化设计平台,优化平台包括基于NURBS曲线的参数化造型,CFD数值模拟以及先进的优化算法。针对600kW径流透平的叶轮进行了气动优化设计,使透平总总效率提高了0.12个百分点,透平流动性能得到了进一步改善。