提高柴油机的热效率,是降低碳排放及有害污染物排放的有效途径,而涡轮增压技术是提高柴油机热效率的关键措施之一。但是涡轮增压柴油机通常会在大负荷和高转速工况开启废气旁通阀,开启废气旁通阀虽然有利于涡轮增压器和柴油机的运行,但是同时也会浪费掉一部分排气能量。本文利用数值模拟软件,针对利用可发电涡轮增压系统回收发动机的尾气能量进行研究,探究尽可能多地回收柴油机废气能量的技术途径,从而进一步提高整个系统的热效率。本文首先基于GT-Power仿真模拟计算平台,选择柴油机五个不同的转速,并在每个转速下选择四个不同负荷,分析柴油机在20个不同工况条件下运行时,旁通阀开度和涡轮增压器所带发电机功率对柴油机性能的影响,得出旁通阀开度和发电机功率变化时,柴油机性能参数及尾气能量回收率随之变化的规律。在所得分析结果的基础上,进一步耦合分析了旁通阀开度及发电机功率大小对整个系统热效率及发动机性能的影响。通过分析可知,在发动机大负荷工况下,宜采用较小的旁通阀开度匹配较大功率的发电机;在发动机中负荷工况下,宜采用较大的旁通阀开度匹配较小功率的发电机;而在小负荷工况,不宜加装发电机,只需采用较大的旁通阀的开度,从而能够最大限度地提升整个系统的热效率。此外,本文对可发电涡轮增压器的涡轮机效率进行了分析研究,通过对可发电涡轮增压器的涡轮机流场进行优化来提高涡轮机效率,并通过减小涡轮叶顶间隙的方法对涡轮机流场进行优化设计。结果表明优化后的涡轮机减少了流场损失,提高了涡轮机效率（提升的幅度最高为5.37%）。最后本文针对所设计的涡轮增压器转子系统进行转子动力学分析和结构优化,使其在工作转速范围内能够稳定运行。