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基于Wilson理论，选用NACA63-215翼型，采用参数化设计理念，运用Matlab、Solidworks等软件，设计了一种应用于SCPPVC系统内的双转子空气涡轮机。该空气涡轮机叶片翼型为瘦长形，该叶片具有根部较厚且有小圆弧状前缘，叶片部分较薄且有一尖形后缘，翼型上表面的前部曲率较大，后部曲率较小等特点。建立涡轮机的三维几何模型，应用数值计算与实验研究的方法对SCPPVC系统内双转子空气涡轮机结构及性能进行优化，并对优化后的双转子空气涡轮机进行气动特性和流场的深入分析，并最终获得了SCPPVC系统空气涡轮机的结构形式。 根据立式集热板太阳能热气流电站的运行原理，设计了一种模拟太阳能加热的立式空气自然对流试验台，并将利用3D打印技术制造出的双转子空气涡轮机置于带缩放式导流筒的自然对流试验台中，对SCPPVC系统内双转子空气涡轮机的性能进行了实验研究。实验结果表明：在该实验条件下，相同入口风速的SCPPVC系统在双转子空气涡轮机第一级转子的叶片数目为7，两级转子半径比约为0.75时输出功率最大。 在数值模拟中，采用SST k-ω湍流模型与多重参考坐标系方法对计算区域进行数值计算，当半径比及第一级叶片数目变化的情况下，对SCPPVC系统内双转子空气涡轮机的能量转换性能进行了分析，获得系统通道计算区域x-y截面的压力云图和速度云图，结果得出：在相同半径比时，SCPPVC系统内两级转子空气涡轮机的总输出功率随叶片数目的增多先增大后减小，且在第一级转子的叶片数目为7时达到最大；当第一级转子叶片数目相同时，双转子空气涡轮机的总输出功率随两级转子半径比的增大先增大后减小，且当r/R=0.75时，双转子空气涡轮机的总输出功率最大。该结果与实验所得结果一致，且误差范围在7%~12%之间，证明所采用数值模拟方法是正确的。基于正确的数值模拟方法对两级转子间距进行优化，得到在间距为0.70m时输出功率最大且不产生相互扰流。因此在SCPPVC系统内，Wilson理论下，采用NACA63-215翼型时，当双转子空气涡轮机两级间距为0.70m，第一级转子叶片数目为7，半径比为0.75时可获得最大的输出功率。 通过对得到的SCPPVC系统内输出功率最高的双转子空气涡轮机进行深入的数值分析，结果表明：第一级转子和第二级转子的涡轮机区域速度和压力分布相似，都表现出良好的气动性能；温度由进口处的300K沿竖直方向逐渐升高，并在到达第二级转子附近达到最高温度的309K，之后迅速降低，并在出口处达到外界温度300K，说明热空气在导流通道内经过第二级转子时膨胀做功实现热能的转换。 通过对比数值模拟的计算结果，可得出：随着喉部截面速度vh的变化，双转子涡轮机总输出功率和单转子涡轮机输出功率变化趋势相似，且随喉部截面风速vh的增大呈现近似指数升高，在相同入口风速条件下，双转子空气涡轮机模拟功率比单转子空气涡轮机模拟功率提高了约为50%-60%，性能更加优良；实验结果得出，双转子涡轮机与单转子涡轮机的输出功率随vh的增大而提高，但双转子空气涡轮机的总输出功率比单转子涡轮机的总输出功率高出约28%-39%。说明在不考虑传动损失和发电损失的情况下，双转子空气涡轮机的能量转换效率更高，更加符合SCPPVC系统的设计需求。 本文研究结果表明，双转子空气涡轮机能够对SCPPVC系统中空气的动能和部分热能进行有效转换，该研究结论为SCPPVC系统中涡轮机的发展提供了一定的理论基础。