外燃式沼气微燃气轮机用高温回热器取代了回热式微型燃气轮机的燃烧室，并在外部增加了一个常压燃烧室，实现了微型燃气轮机的间接加热，有效的避免了沼气中的杂质（H2S等）对转动部件的损伤和腐蚀，并降低了对沼气燃料品质（简化了提纯处理工艺）的要求，实现了沼气等清洁度不高的生物质燃料直接用于燃机发电。然而目前，国内针对外燃式沼气微燃气轮机的相关研究很少，尤其是微型化、模块化的外燃式沼气微燃气轮机发电机组。基于以上背景，本文以外燃式沼气微燃气轮机为研究对象，研究了其热力循环特性;针对45kW级机组用透平进行了气动设计;并对设计得到的透平进行了全工况三维流场分析和叶型优化，为外燃式沼气微燃气轮机发电机组的透平设计与开发提供技术支持和理论基础。　　采用Aspen Plus分别建立了回热式热力循环和外燃式热力循环，对比分析两种循环的压比、透平入口温度等参数对系统净输出功率和循环效率的影响，确定本次透平设计的循环模型。此外，对本课题45kW级外燃式沼气微型燃气轮机循环特性进行研究，确定循环最优压比和透平前温度，计算得到设计工况点参数。　　应用筛选法确定沼气热力透平设计方案的合理选择区域，根据进一步计算确定本课题沼气透平的设计方案;通过详细热力计算得到透平主要气动参数和结构参数;借助AxSTREAM完成通流部分建模，并经过一维气动计算及DOE优化、二维气动计算及DOE优化等得到透平详细气动参数和结构参数。　　利用Fine/Turbo对气动设计后得到的沼气透平进行流场仿真计算;得到透平设计工况点的性能参数和流场特性，绘制出全工况的流量、效率、功率特性曲线;并给出沼气热力透平的优化方向。　　建立沼气透平参数化模型，确定透平的优化变量，生成样本数据库;通过人工神经网络拟合算法得到优化变量和目标变量（总-总效率）的近似拟合关系，结合遗传算法的寻优求解得到最优解;对比分析优化前后透平全工况流量、效率、功率特性曲线，给出优化后透平性能和流场特性的改善情况;得出优化结论。