涡轮设计过程主要包含气动设计与结构设计,它是叶轮机械领域中的一个重要的研究方向。一个好的涡轮设计体系对推动高性能航空发动机及地面燃机发展来说具有十分重要的作用与实际意义。随着计算流体力学的不断发展,涡轮设计体系也得到了飞速发展,如今其仍然是一个具有挑战性的课题。本文对常规涡轮设计进行了基于叶片气动附属结构如翼刀、扰流柱、气膜孔、叶片弯掠等的改进。并以提高涡轮效率为目的,应用改进的涡轮设计体系中的叶片弯掠对某型1.5级涡轮叶片进行了改型,对其气动方面进行了分析研究。首先在常规设计体系的基础上,针对附着于叶栅通道的涡轮结构如扰流柱、翼刀等结构,以及对涡轮叶片进行加工譬如开槽,加气膜孔等结构,或是对叶片进行弯掠或者端壁进行凹凸设计等,对这些结构的发展过程,主要研究方向以及所得出的研究结果,按不同形式进行了分类说明并进行了系统的综述性研究。在此基础上构建出了这些不同于涡轮常规一次几何结构设计的气动二次结构设计体系。最后通过采用上面所提及的气动相关气动二次结构中的主要部分,即叶片弯掠,对某型1.5级涡轮分别进行一定叶高下不同弯曲角度的正弯、反弯以及J型弯曲改型,验证其是否能达到降低损失并提高涡轮效率的目的。运用数值模拟对改型效果进行了系统性分析。研究结果表明,采用J型弯或者小角度正弯,均能使效率有了不同程度的提高,涡轮气动性能得到了提高与优化。而静叶反弯及大角度正弯却使流场恶化,涡轮气动性能降低。这也证明传统的涡轮设计体系与以先进的弯掠叶片技术为代表的气动二次结构设计体系相结合,合理控制叶栅中的涡系流动,形成叶片表面有利的边界层流动并降低二次流损失,从而形成一套高性能的涡轮设计体系。