氦低温系统的稳定运行为EAST托卡马克聚变实验提供基本条件。作为氦低温系统的核心设备，氦透平膨胀机必须满足所需要的制冷量，进而氦透平的核心部件叶轮必须实现设计的热力参数。然而，氦透平膨胀机的研究没有引起国内足够重视。基于这样的背景，本论文结合三元流理论对氦透平膨胀机核心部件叶轮进行研究。具体内容包括现有的氦透平TC和TD叶轮的正问题分析，叶轮内部边界层摩擦的损失模型，基于指定热力参数的氦透平叶轮的反问题设计，以及数值分析和实验结果对比。　　首先，对EAST低温系统中现有氦透平叶轮进行正问题分析。本文结合三维绘图软件CATIA和AutoCAD，获取现有叶轮规则的几何参数，进而确定叶轮流道流体氦热力状态，最终基于改进的流线曲率法对氦透平叶轮进行正问题分析。　　其次，对氦透平叶轮流道进行了流动损失分析。本文主要考虑叶轮轴向涡流和流道边界层效应对效率的影响。重点推导得出非理想气体的可压缩湍流边界层能量方程，为计算边界层损失提供了准确的数学模型。同时利用Fortran编制了计算机程序，给出了分析结果。　　然后，本文对指定热力参数氦透平时轮进行反问题设计。基于流线曲率法的反问题控制方程，详细地介绍了氦透平叶轮反问题设计中的子午面叶片涡给定的原则，以保证获取合理的三元叶片。此外，本文将反问题设计求得的叶片型面数据，利用Pro/E进行三维建模，给人以直观的视觉显示。　　最后，验证数值程序的合理性。本文对工质为理想气体和非理想气体下氦透平叶轮分别进行了正问题流场分析，将实验结果与数值结果进行对比。我们发现数值程序是合理的，为氦透平叶轮进一步的三元流研究奠定了基础。