降低涡轮叶栅损失,研制大功率的超超临界机组,对于提高燃料利用率、节能减排具有重要意义。而先进的叶型和高性能的叶片设计是目前提高叶栅通流部分的效率的关键手段。哈汽公司设计生产的1000MW超超临界机组代表着国内汽轮机行业最高水平,所以通过对平面叶栅和环形叶栅的吹风试验及数值模拟,在其应用到工程实际之际,验证其气动性能是否满足设计目标,进而研究先进叶片的流动特点、气动性能和设计技术,消化吸收先进大焓降叶片的设计理念,为研发更先进、更高效的汽轮机和燃气轮机具有承前启后的作用。本文选择1000MW超超临界机组中压第九级静叶和动叶叶栅为研究对象,并抽取其10%、50%、90%叶高跨截面典型叶型在不同冲角下进行叶型研究。借助哈工大低速风洞试验台对叶栅进行吹风试验,测量叶展中部的静压、出口气流角、总压损失等气动参数。通过分析试验结果,得到中压第九级静叶和动叶的叶型采用的都是后加载形式:零冲角下,六个截面叶型吸力面的最低压力点都在70%轴向弦长之后。叶型的气动性能优良:设计冲角下,叶型损失在1.518%至2.378%之间,落后角在1.36°至1.81°之间,试验冲角下,叶型损失的变化量在48%以内,落后角变化量在±0.55°以内;动叶顶部叶型相比其余五个,气动性能更为优良。为了验证试验结果的准确性,对静叶50%叶高截面直列叶栅进行数值模拟,分析了不同湍流模型的计算结果,其中k-?湍流模型计算的结果与试验结果较为吻合。进而对静叶进行变马赫数和变冲角的数值研究。出口马赫数从0.2变化到0.8,叶片气动负荷逐渐减小;叶型吸力侧的最低压力点逐渐向后移动;叶栅损失先减小后增大,在0.5马赫数左右时最小。冲角从-30°变化到30°,叶片气动负荷逐渐增大,但叶型吸力侧最低压力点的位置不变;总压损失先减小后增大,在零冲角时最小,为3.7%,最大负冲角和最大正冲角分别增加了10%和34.37%;吸力侧通道涡的三维分离线抬起的高度逐渐增大,下通道涡的强度大于上通道涡;冲角在±20°以内,叶片具有优良的变冲角适应性。对比直列叶栅和环形叶栅的数值模拟结果发现,叶片沿尾缘的正弯积迭造成了叶片负荷沿叶高变,叶型损失约占叶栅损失的60%。叶型后加载、叶片正弯、前缘圆类似“鱼头”型的流线形、沿叶高变气动负荷气动设计,共同使得超出临界机组叶片达到了优良的气动性能。