微型燃气轮机是一类新近发展起来的小型动力装置，可应用于分布式发电与分布式供能系统及军用车辆动力装置。向心透平是微型燃气轮机的核心动力部件，其流动效率的高低直接决定整个装置或系统能否高效的运行。在向心透平级能量损失中二次流损失约占30%，因此开展向心透平内部流动分离、旋涡运动及内部旋涡模型等研究，对于提高向心透平气动性能具有重要的理论意义和工程应用价值。本文首先从向心透平总体性能参数和流场局部细节两个方面，对所采用的数值模拟方案进行了详细校核，确定了适合于本文研究的最佳湍流模型并给出了合适的网格拓扑分布规律。此外，在向心透平涡系显示方面引入了截面旋线的概念，并证明截面旋线法对涡系显示的准确性。其次，开展了100kW微型燃气轮机向心透平内的三维复杂流动的数值研究，并结合拓扑分析理论，系统研究了设计工况和非设计工况下向心透平内的流动分离及各种涡系发展演变的过程，初步建立了向心透平的旋涡模型。结果表明：向心透平内部涡系与轴流涡轮涡系结构存在较大差别，流动分离及涡系主要集中在吸力面侧，而在压力面侧工质在顺压梯度作用下，其流动处于附着状态。在设计工况下，向心透平内主要的旋涡包括马蹄涡、通道涡及泄漏涡，且其旋涡结构主要表现为通道涡与泄漏涡相互影响和掺混；而在非设计工况下，主流在叶轮叶片前缘处发生大范围的分离及回流，向心透平内主要集中涡系为泄漏涡。叶轮进口附近主流分离所造成的损失占了向心透平损失一大部分，而二次流损失只占了很小的一部分。最后，用数值模拟方法研究了叶轮叶片进口前缘后掠25°对向心透平气动性能的影响，对比了两个叶轮在不同转速下效率及流量变化，系统分析了流场内部细节，并从内部流动分离及涡系结构发展的角度较为全面的分析了叶轮叶片前缘后掠对向心透平内部流动特性的影响。结果表明：25°后掠叶轮相对于原型叶轮在低转速情况下可提高流动效率，在约50%额定转速工况下，前缘后掠叶轮相比原型叶轮透平流动提高了2.8%，而在额定工况下，后掠叶轮相比原型叶轮效率降低了0.6%。另外，强度校核结果表明：叶轮叶片前缘后掠将会导致叶轮应力较原型叶轮提高，但仍然在材料的许用应力范围之内，因此，叶轮叶片前缘后掠25°的设计是可行的。