针对传统超临界二氧化碳(S-CO2)透平设计方法精准度差、设计及优化周期长的问题,基于一元流动理论建立了快速的S-CO2向心透平热力设计方法,结合高精度的三维气动分析方法,提出了一种基于Gauss过程回归的设计-优化方法,利用热力设计以及Gauss过程回归预估透平气动设计的真实效率,并在模拟退火过程中检验设计结果的有效性,通过S-CO2透平的设计及优化算例证明了该方法的高效性。结果表明:透平等熵效率从初始设计方案的83.68%提升至最优设计方案的91.20%,对于传统的气动设计及模拟退火方法需要120次的气动分析,而该方法仅需24次气动分析,大幅缩短了设计-优化时间,具有较高的工程实用价值。

二氧化碳作为动力循环工质可获得更高的循环效率和部件紧凑性，应用前景广阔。基于给定参数设计了1台4级轴流式超临界二氧化碳（SCO2）压气机，通过划分六面体网格，采用有限体积法及SSTk-ω湍流模型对其气动性能进行了详细分析，并对叶顶间隙的影响规律进行了研究。研究表明，由于流动加速和引射作用，叶顶间隙泄漏流造成了叶尖吸力侧流体温度和压力的下降，因此该区域可能会发生冷凝现象，并且叶顶间隙的增大进一步降低了该区域的参数，将会导致级效率和压比的降低。研究成果可为SCO2压气机设计提供参考。

对500kW等级ORC向心透平进行气动设计,利用NREC-Rital模块进行一维热力计算,并进行动静叶造型设计。利用Numeca软件进行向心透平气动性能校核,仿真结果表明:设计的向心透平设计点气动性能优良,满足设计要求。