凝汽式汽轮机的末级和次末级一般都工作在湿蒸汽区域，湿蒸汽的存在既降低了级运行效率；同时也造成了动叶片的可靠性下降。由于叶栅内湿蒸汽的流动特征极其复杂，而且往往伴随着凝结相变的发生，设计者往往凭借经验对末级进行气动设计。本文针对末级湿蒸汽凝结流动涉及的一些问题如末级静叶叶型的气动优化设计和级内各种除湿结构进行探索性研究。　　概述了蒸汽两相流理论的发展，总结了国内外在这方面研究的现状和存在的问题。根据已有文献分析认为，汽轮机通流中的二次水滴对机组的安全运行危害最大，它是由于凝结液滴在叶片表面沉积形成液膜，并在尾缘撕裂所产生的。同时也介绍了国内外透平内部除湿技术的应用及研究情况，并简要分析了各种除湿方法的优缺点。　　本文应用Eulerian/Eulerian的凝结流动数值模型，研究了喷管和叶栅中凝结流动的基本物理现象、水滴成核率和生长规律及其流动损失机理。把水蒸气加速到很高的速度会引起物态的改变，视初始状态和膨胀的程度对饱和条件的接近程度，可能使蒸气从未饱和状态变成过饱和状态。如果发生了凝结，就可以生成微小的液滴，同时还可以看到流动蒸汽的参数起了相应的变化，这主要是由于蒸气在凝结时有潜热放出来的缘故。同时，凝结区域的熵增很大，体现了非平衡损失的影响。如何在叶栅设计中考虑降低湿蒸汽凝结流动的能量损失与确保叶片运行安全，这为设计者提出了严峻的挑战。　　基于平衡相变模型编制了水蒸气实际热物理属性的Fortran文件，借助CFD计算平台CFX软件采用均匀介质多相模型发展了一种快速模拟叶栅内湿蒸汽跨音速流动模拟的计算方法。进行了湿蒸汽级叶栅内非定常流动的数值模拟，对动、静叶的气动干扰进行了深入地分析，详细研究了静叶尾迹输运对下游动叶栅内蒸汽凝结特性的非定常扰动。本文指出，在非定常的计算条件下，由于温度较高的静叶尾迹所产生的大尺度温度脉动的影响，整个透平级出口湿度值的非定常时间平均结果均小于定常计算结果。在叶栅喉部之后的超声速流动区，汽流凝结释放了大于临界值的放热量，由此产生了一个很强的升压减速过程，导致流速下降为亚声速。虽然接下来的膨胀流动又使流速达到超声速，但是由于叶栅流道内汽流的膨胀度下降，叶栅尾缘斜激波强度减弱。对比结果分析表明，采用非定常的计算方法可以得到比定常方法更加准确的凝结流动特征。　　结合遗传算法和人工神经网络等优化设计方法，本文针对某汽轮机末级的常规静叶片改型为新颖的海豚仿生型叶片。通过数值计算结果表明：所设计的海豚型叶片可以明显地减小叶栅内的蒸汽湿度，改善流道内蒸汽湿度的分布。与原型叶栅相比，在流道流量基本不变的情况下，海豚型叶栅显著降低了单列叶栅的能量损失，提高了级的流动效率。本文指出，海豚型叶型通道内蒸汽湿度沿叶高的分布特点，更有利于在叶片上表面开设除湿槽而有效减少流道内液相水的含量。　　针对某汽轮机末级静叶，研究了一种“后仰”的除湿沟槽，通过数值研究指出，结构合理的“后仰”除湿沟槽，在沟槽内存在沿叶高方向的负压力梯度，它使流道内的流体具有向上运动的能力，便于沟槽内的液体水向叶顶汇集，进而排流出叶栅流道。与此同时，该除湿沟槽对叶栅流道内气动参数的影响应很小，其最佳位置应开设在压力面的中后部。对应用除湿方法的汽轮机空心静叶栅流场进行了较为细致的数值模拟，所采用的除湿方法包括双缝抽吸方式、尾缘热蒸汽喷射方式和压力面中部热蒸汽喷射方式。对于双缝抽吸方式，在空心叶片压力面0.7轴向弦长和吸力面0.2轴向弦长开设两个几何结构一样的抽吸缝，本文选取两种不同的结构划分为两个方案。发现单个方案下压力面上的缝隙抽吸量和缝隙出口处的压力一般要比吸力面上的缝隙抽吸量要大。两方案对比指出，对单个缝隙，缝隙的汽流抽吸量随抽吸压比的减小而增大，缝隙宽度的增大也将导致缝隙抽吸量的增大。开设双抽吸缝合理方案的选择应考虑两个方面的因素：缝隙结构对叶片级气动效率的影响和缝隙处汽流的流动特点是否有利于去水效率的提高。对热蒸汽喷射方式，基于热力学第二定律应用参数评价叶栅内的能量损失。对于尾缘热蒸汽喷射，采用了三种不同宽度的缝隙，结果表明，同一喷射流量下，缝隙的宽度越小，因其节流作用越大，经过缝隙后热蒸汽值下降越大。对同一个缝隙，随着喷射蒸汽量的增加，有效效率出现先增加后减小的趋势，本研究中尾缘热蒸汽的最佳喷入量大致为叶栅主流的4％左右，此时具有最高的有效效率，即与主流的掺混过程能量损失最小。对于压力面中部热蒸汽喷射，通过改变缝隙宽度和喷射角度划分了九个方案，发现热蒸汽喷射流量比只要小于6.5%，各方案的有效效率就比无热蒸汽喷射的原型要高。各方案对比发现，本文研究中顺主流喷射时缝隙宽度为3mm的PA3方案为最佳方案。此方案喷射的热蒸汽能有效减少叶栅出口的湿蒸汽湿度而提高叶栅效率；同时，对流道内的出口流量和出口汽流角影响很小。