本文的研究工作属于教育部重点基金项目(104127)的一部分,主要围绕太阳能热气流电站中的涡轮机部分进行,采用数值模拟的方法,研究其流动特性和性能,进行初步设计和优化设计。在给出的50kW太阳能热气流电站系统模型下,对电站中的涡轮机进行初步设计及整体数值模拟,得到了在不同运行工况下涡轮机的流场分布,并分析了它的性能参数变化情况,而且还对模拟结果进行了验证,证明了设计与模拟方法的有效性。在对初步设计的涡轮机研究的基础上,针对涡轮机叶片自身的一些影响因素,如叶片数目、叶片型式、扭转角度和安装角度等方面,对其进行了一系列的优化,并对各种影响因素进行汇总分析。本文还从涡轮机的整体结构出发,研究了增加导叶对涡轮机的影响。这为后续的涡轮机设计奠定了一定基础。在50kW的太阳能热气流电站中涡轮机的研究基础上,对200MW的太阳能热气流电站中的涡轮机模型进行了初步设计。确定了32台涡轮机环形布置在烟囱底部周围的方案,并对其中一台涡轮机进行了设计、建模和数值模拟,对其性能进行了分析和评价,为大规模使用太阳能热气流发电提供了依据。