在太阳能光热发电系统中,太阳能集热板的面积限制了锅炉的负荷,如果保证了较高的蒸汽初参数则往往导致蒸汽流量很小。向心式蒸汽透平相比于轴流式透平具有体积小、转速高、结构紧凑的特点,更加适用于这种小容积流量、高比焓降的场合。特别是随着材料及制造工艺的发展,向心式蒸汽透平的开发越来越受到人们的重视。本文针对某MW级塔式太阳能光热发电系统设计了一种部分进汽的跨音速向心式蒸汽透平。所设计的蒸汽透平在流量仅为2.33kg/s、压比为3.36的工况下仍有较高的效率,总效率为86.97%。本文使用一维设计与CFD数值模拟相结合的方法对向心透平进行了气动设计,研究了不同的导叶叶型、动叶叶片角、动叶数对透平性能的影响。结果表明,本文所采用的楔状对称叶型导叶可以利用其斜切部分来实现汽流的跨音速流动,且其对来流方向的适应性较好；叶片角分布对透平内部流动具有巨大的影响,合理的叶片角分布可以有效的控制流动分离；增加透平动叶数可以有效的抑制通道内的分离、降低流动损失,但是由于叶片数目的增加也会带来摩擦损失的增加,并且造成有效流通面积的减少,因此导致流通能力降低,流量下降。数值模拟结果与设计值吻合说明所设计的向心透平满足设计要求。作者还采用全三维数值模拟方法,对所设计的向心透平在部分进汽情况下的流动进行了非定常数值模拟,以期了解部分进汽对透平性能的影响。最后,使用有限元软件ANSYS对叶轮进行了静强度分析,结果表明使用钛合金TC4可以满足叶轮的强度要求。本文所设计的向心透平已由合作企业开始生产样机。