近年来,随着我国天然气液化技术的发展,透平膨胀机作为小型带膨胀机的天然气液化流程中的关键设备,得到了越来越多的关注。增压透平膨胀机的增压器可以回收原透平膨胀机的输出功率,增加了膨胀机的单位工质制冷量。增压透平膨胀机具有结构紧凑、重量轻、体积小、效率高和变工况下性能变化平稳等特点,在天然气液化领域得到了广泛的应用。因此,开展对增压透平膨胀机的研究工作具有很大的实用价值。本文根据增压透平膨胀机的结构特点,对用于带氮气膨胀的天然气液化流程的某增压透平膨胀机的膨胀端(冷端)及增压端进行了热力计算。膨胀端的热力计算采用MATLAB语言编程来实现。计算得到了相关的热力参数及通流部分的结构参数。本文给出了三维流场的控制方程组;阐述了描述湍流特性的湍流计算模型,并重点介绍了本文计算所用的k -ε湍流模型的构造形式;对有限体积法的空间离散方法进行了介绍。为随后的数值计算提供理论指导。本文应用商业软件FLUENT对增压透平膨胀机的增压器进行了三维粘性稳态数值模拟。为分析增压器叶轮、无叶扩压器和蜗壳内的流动特性,分别建立了单通道模型和整机模型。应用单通道模型模拟了叶轮内部的流动情况,得到了流体的速度、压力等参数,以此分析了叶轮内部经常出现的流动分离、二次流、尾迹等流动现象。为减少叶轮内部的流动损失,对叶片前缘进行了改进,计算结果表面椭圆形前缘的叶片可以很好的改善叶轮内部的流动。最后,根据整机模型计算的结果分析了无叶扩压器内的速度、静压变化规律;同时分析了蜗壳内的流动情况,指出了蜗舌对流动性能的影响。