超临界二氧化碳(Supercritical carbon dioxide,简称SCO2)布雷顿循环因其环保高效、结构紧凑,对国民经济发展具有重要意义,受到国内外学者的广泛关注。而向心涡轮是该新型循环的重要核心部件,进气蜗壳作为工质进入向心涡轮的首个流通部件,其设计的优劣会对整机性能产生影响。此外,无叶向心涡轮相比有叶向心涡轮可以明显减小径向尺寸,进一步拓宽适用场所。因此对进气蜗壳展开气动设计和形性分析是关键的研究工作。本文基于SCO2有叶向心涡轮数值模拟结果,通过总结蜗壳形性影响规律调整蜗壳几何形状,最终得到与目标叶轮相匹配的无叶进气蜗壳。具体内容如下:1.基于一维方法完成SCO2有叶向心涡轮进气蜗壳的设计并对整级向心涡轮进行数值模拟;参照有叶向心涡轮的叶轮进口模拟结果对初步设计的无叶进气蜗壳模型进行检验。结果表明:设计得到的有叶向心涡轮进气蜗壳与喷嘴和叶轮匹配较好;初步设计的无叶进气蜗壳模型与目标叶轮匹配性能需进一步研究提升。2.基于初步设计的无叶进气蜗壳模型,深入研究了蜗壳喉口面积和型线分布规律对无叶进气蜗壳的形性影响。结果表明:在相同蜗壳型线分布规律条件下,蜗壳总压损失系数和出口平均气流角随着蜗壳喉口面积增大而减小,出口气流角沿周向的分布规律受喉口面积变化影响较小;在相同蜗壳喉口面积条件下,随着蜗壳型线分布规律由下凹至上凸,蜗壳总压损失系数增大,蜗壳出口平均气流角先增大后减小,对应小幅度上凸蜗壳型线的无叶进气蜗壳有着相对较均匀的出口气流角分布情况。3.基于一初步匹配较好的圆形截面无叶进气蜗壳,研究了不同截面形状进气蜗壳对SCO2无叶向心涡轮性能的影响。结果表明:倒梨形截面无叶进气蜗壳内的总压损失系数随着边长比增大而减小,其对应的SCO2无叶向心涡轮效率增大,在F=1时效率最大,此后基本保持不变;对应倒梨形截面无叶进气蜗壳的无叶向心涡轮总对总效率更高,相比圆形截面最大提升为0.88%;但结合实际加工难度,针对本文所涉及的SCO2无叶向心涡轮选用圆形截面无叶进气蜗壳具有更好的经济性和工程实用性。4.总结形性影响规律,确定了与目标叶轮匹配综合性能好的无叶进气蜗壳模型最终设计方案,将其与叶轮全通道模型联算并进行变工况分析。结果表明:SCO2无叶向心涡轮的叶轮全通道模拟总对总效率为85.68%,达到了设计要求,整体径向尺寸相较于有叶向心涡轮在最大半径处减小了33.55%;SCO2无叶向心涡轮变工况效率曲线相比于有叶向心涡轮更加平缓,在设计点附近保持较高效率的范围也略有增大;最终设计得到尺寸减小、与目标叶轮匹配较好的无叶进气蜗壳。