作为一种速度型膨胀机,向心透平具有结构紧凑、流量小、效率高等诸多优点,被广泛应用于有机朗肯循环发电系统,其运行特性对系统性能有着至关重要的影响。围绕向心透平开展相关研究,对提高有机朗肯循环的整体性能具有重要意义。本文以地热有机朗肯循环中的向心透平为研究对象,编写透平一维设计计算程序,并构建向心透平整机仿真模型;在此基础上,采用计算流体动力学方法对向心透平分别采用R245fa与R45fa/R134a两种工质下的变工况特性进行数值模拟研究,为向心透平性能预测与变工况运行提供理论指导。论文主要工作内容与相关结论如下:(1)向心透平的一维设计及三维建模。以透平入口温度,进出口压力以及工质流量为初始设计参数,以透平输出功和等熵效率为性能指标,结合流动损失模型,利用Matlab编写向心透平气动结构一维设计计算程序,确定蜗壳、喷嘴与叶轮等主要部件的几何结构参数。在此基础上,根据预设计结果构建向心透平的整机三维仿真模型。(2)纯工质向心透平变工况特性的模拟分析。以R245fa为工质,对透平内的气动特性开展模拟分析,并研究工质入口温度,进出口压力,叶轮转速以及膨胀比等因素对透平性能的影响。结果表明:设计工况下,R245fa的流动状态良好,输出功和等熵效率分别为224.32k W和84.56%。正交模拟实验与极差分析结果表明,主要运行参数中,入口压力对透平输出功的影响最大,而温度的影响最小。对于等熵效率,叶轮转速的影响最大,出口压力的影响最小。(3)混合工质配比对向心透平性能影响的模拟分析。结果表明:设计工况下,当R245fa与R134a质量分数为7:3时,向心透平等熵效率达到最大值,此时透平输出功和等熵效率分别为245.18k W、86.65%,比R245fa分别高出9.37%与2.47%。(4)最佳混合配比下向心透平的变工况特性。模拟的入口温度范围内,设计转速下,透平等熵效率仅变化1.70%,较纯工质更能适应入口温度变化。向心透平适宜运行转速为设计转速的95-115%,低转速运行时透平等熵效率平均降低11.33%。设计转速下向心透平最佳膨胀比为3.33,转速升高,最佳膨胀比也随之增大。膨胀比高于最佳值后,入口温度的改变对透平效率无显著影响。