分布式能源系统的广泛推广使得高效微型燃气轮机研制显得格外重要,而涡轮效率提升对提高微型燃气轮机效率有显著影响。背部间隙泄漏损失作为涡轮气动损失重要组成部分,研究影响泄漏损失因素及减少背部间隙泄漏损失的方法具有较大的意义。本文以某100kW燃气轮机的开式向心涡轮作为研究对象,通过对叶片背部间隙以及轮盘背部间隙的研究,主要完成以下工作:1.通过分析开式向心涡轮叶片背部间隙泄漏流场,阐述泄漏涡产生原因,获得背部间隙大小对泄漏损失的影响规律。2.通过对叶片背部小翼结构以及凹槽结构的研究,找到凹槽和小翼结构对背部泄漏损失影响规律。3.基于凹槽和小翼两种结构形式,通过对凹槽形状、大小、深度等设计参数优化,降低开式向心涡轮背部泄漏损失。4.建立压气机、涡轮以及两者之间空腔的CFD模型,研究空腔结构变化以及变工况条件下空腔内泄漏流量变化规律。通过以上研究工作,主要得到以下结论:1.开式向心涡轮叶片背部泄漏流在吸力面轮毂区域形成的旋涡结构是造成涡轮效率下降的重要原因。2.开式向心涡轮中采用合适的凹槽能有效提升效率,其中梯形-梯形凹槽结构形式最佳,配合小翼结构能将效率提高1.1%。3.凹槽深度和大小会显著影响涡轮泄漏流损失。凹槽深度存在一个最优值,合理的凹槽深度能提高涡轮0.3%以上的效率。适当的凹槽面积能够提高涡轮0.5%效率。4.空腔几何参数中,对泄漏量影响最大的是空腔最小截面面积,最小截面面积越大,空腔泄漏量越大。5.在变工况情况下,开式向心涡轮轮盘背部间隙主要受燃气轮机转速影响。转速越大,轮盘背部空腔泄漏量越大;但随转速增加,主流流量增加幅度更大,空腔相对泄漏量下降。