涡轮内部流场气热特性对涡轮整体性能有着重要影响,研究涡轮内部流动损失机理,总结涡轮叶片表面传热特性,可以为采用相关控制措施去尽量减小涡轮流动损失和叶片表面传热分布所带来的负面影响提供理论基础,也是提高涡轮性能、发展新一代先进航空发动机的重要技术途径。　　 本文在研究涡轮内部流场结构、分析叶尖表面传热分布的基础上,研究了涡轮叶尖间隙泄漏流动气热特性。主要工作包括:(1)时序效应涡轮内部流场影响的数值研究。以某型1.5级涡轮为研究对象,对时序效应对涡轮尾迹的运动学和动力学特性进行了数值模拟,总结尾迹传递及其与下游叶片排相互作用过程,探讨时序效应影响涡轮性能的机理。(2)涡轮叶尖迷宫式密封技术研究。对某型三级高压涡轮的叶尖迷宫式密封进行了数值模拟,对密封腔体内部流动结构进行了分析,总结迷宫式密封影响泄漏流动的机理,并对迷宫式密封泄漏流量及其损失进行了预测。(3)利用L型肋条式漩涡发生器促进涡轮叶尖泄漏涡衰减的机理研究。通过采用漩涡发生器产生的流向涡来与泄漏涡相掺混以促进其衰减的目的,详细分析了漩涡发生器减小泄漏损失的机理。(4)跨音速涡轮叶尖泄漏流动气热特性数值研究。对跨音速涡轮凹槽叶尖泄漏流动气热特性进行了详细的数值研究,分析了凹槽叶尖与平叶尖下的泄漏流动的差别,并对机匣相对运动对叶尖泄漏流动的气热特性的影响进行了研究。　　 时序效应对涡轮性能影响的研究表明:本文中时序效应对涡轮气动影响的影响很小,十个时序位置下涡轮效率变化约0.1％,当一条进口导叶尾迹在靠近出口导叶吸力面流过通道而与其相邻的另一条在通过出口导叶压力面附近时,涡轮效率最大;当一条进口导叶尾迹撞击在出口导叶前缘而另一条从出口导叶通道中部通过时涡轮效率最小;时序效应对涡轮性能的影响主要体现在尾迹与主流之间的掺混损失和尾迹诱导边界层转涙损失两方面;时序效应对动叶表面中径处静压系数分布影响不大,对出口导叶影响较大;时序效应对涡轮出口导叶气动力分布影响较大,通过适当选择出口导叶时序位置,可以有效地减小叶片气动载荷,提高叶片寿命。　　 涡轮叶尖迷宫式密封方面的研究表明:泄漏流动流经涡轮叶冠每个台阶的上方和下游均会出现回流区,在连续两个叶冠台阶之间的密封齿上下游也出现回流区,回流区阻碍泄漏流动,减小泄漏流动损失;泄漏流动并不是在整个进口截面上流进密封腔体,而是在叶冠前缘附近流入,在进口截面上半部由于泄漏流动引起形成的回流区使得密封腔内流动重新流入主流通道;在密封腔体出口处,靠近出口截面最下游边界处泄漏流动重新进入主流,回流区在周向空间上的移动使得在出口截面前半部分上Z向速度出现一正一负两条斜带区域。　　 本文也对利用L型肋条式漩涡发生器来控制涡轮叶尖泄漏流动进行了数值研究。通过在机匣表面适当位置安装L型肋条式漩涡发生器,可以有效地促进泄漏涡的衰减,减小通道出口总压损失。文中在70%Ca安装漩涡发生器带来的效果最好。同时肋条发生器中的大肋条高度相对小肋条高度而言,带来的效果要好。L型肋条式漩涡发生器影响泄漏流动的机理主要体现在:首先,改变叶尖载荷分布,阻碍泄漏流动,使泄漏流动减小;漩涡发生器产生的流向涡旋转方向与泄漏涡相反并与其相互作用,促进泄漏涡轴向涡量更快地衰减;并将其旋转的动量传递给周围流体,相应地泄漏涡轴向速度增大,总压损失减小。　　 最后本文对跨音速涡轮叶尖泄漏流动的气热特性进行了研究。凹槽叶尖泄漏流动主要由凹槽内部的回流区、靠近叶尖表面的亚音速分离流以及靠近机匣的超音速泄漏流组成。泄漏涡涡核主要由叶尖表面前缘附近的分离流构成,在超音速泄漏流与亚音速分离流之间存在着一个强剪切层;在凹槽叶尖超音速泄漏流动区域存在两道激波,分别位于叶尖吸力面肋条的上下游,激波与机匣边界层和分离流形成的剪切层相互作用;相对平叶尖而言,凹槽叶尖泄漏流动减弱,叶尖区域泄漏流马赫数减小,产生的激波系也减弱;机匣相对运动对涡轮叶尖泄漏流动气热特性影响很大。