高温气冷堆氦气轮机是将氦气轮机与模块式高温气冷堆相结合，利用高温气冷堆产生的高温氦气直接推动涡轮做功进行高效率发电。目前，高温气冷堆能提供900℃的高温热源，蒸汽循环难以充分发挥高温氦气的优势，循环效率得不到提高。因此，高温气冷堆氦气轮机成为发展的主要方向。高温气冷堆和氦气轮机分别代表着当今核能和常规发电的先进技术。它是核电领域中的全新概念，为提高核电安全性和经济性能提供了新思路，有很强的竞争优势。常规蒸汽透平由于受工质温度的限制，不能有效地利用高温气冷堆的高温潜力。氦气轮机循环可以突破蒸汽动力循环的温度限制，从而成为研究高温气冷堆高效率发电的一个重要方向。 本文以带有回热器、中冷器、预冷器的高温气冷堆氦气轮机循环为研究对象，研究高温气冷堆氦气轮机循环的基本特性：在循环研究的基础上，研究适用于高温气冷堆氦气轮机循环中的透平在气体动力学方面的基本特性。 首先应用发动机热力计算方法导出循环有效效率表达式和最佳增压比解析式，然后对高温气冷堆氦气轮机循环的热力过程进行分析，揭示了各参数之间的关系。另外，还对回热器、中冷器进行了简要分析并进一步优化。得到了一个优化设计方案。最后在循环研究的基础上，对10MW高温气冷堆氦气轮机循环的透平进行了一维设计，并对所设计的氦气轮机叶栅进行了三维数值模拟。研究了氦气透平在气体动力学方面的基本特性。 氦气透平的级数多和叶片高度小是设计上一个很大的难点。提高圆周速度和载荷系数可以减少透平的级数，增加透平的转速则可以提高叶片高度，同时也能减小透平的径向尺寸。本文对此进行了初步的分析和优化设计。