随着计算机技术的发展,目前CFD已发展到能够较精确地求解全三维粘性N-S流动方程的水平,在涡轮设计方面,设计者已不再限于自由涡的概念,而是发展到可控涡与复合切向倾斜相结合的设计阶段。首先,本文对某型燃气轮机低压涡轮末级的设计数据进行了分析,利用商业软件NUMECA对其进行了数值模拟,随后在不改变原始子午流道和叶片轴向弦长以及叶型的厚度分布规律的基础上采用可控涡的方法对某涡轮末级进行了重新设计。在此过程中,为使叶型更精确地贴合设计者的设计思想,沿着叶高方向共计算了13个截面的几何参数,通过控制平面叶栅的几何进出口角和叶型安装角,达到了改变叶型扭曲规律的目的。先比较了不同可控涡设计的静叶与原始涡轮动叶组成级的性能,结果是换了可控涡设计静叶的级性能明显比原始级的性能要好,最高的效率提高了0.98%、级功率提高了9.2%、通流能力提高8.15%。再次,从上面的方案中选取了效果最好的静叶出口环量分布,进行了整级的设计,进行了可控涡设计整级性能与原始涡轮的级性能对比,可控涡设计比原始涡轮效率提高了0.388%、级功率提高了10%,同时通流能力提高了9.67%。通过对静叶出口的总压损失系数的分析,证实了了可控涡设计的静叶具有更小的损失。通过对整级设计结果的分析,在反动度的控制上实现了均化反动度,提高了根部的反动度,对改善根部流动起到了积极的作用;减小了动叶顶部的漏气损失。最后,探讨了可控涡流与叶片的弯曲成型相结合的先进涡设计方法,通过控制和改变叶型的积叠规律,探索可控涡扭曲与弯曲相结合的设计效果。根据上面对于环量分布的分析和比较,选择了效果较好的设计结果作为弯曲设计的直叶片原型。本文共比较+8°正弯、+12°正弯、和+15°J型弯曲等几种弯曲方案。通过对各设计方案的三维粘性求解,将其分别与可控涡直叶片静叶、原始涡轮末级行了流场及损失的对比。结果表明,本文的弯曲方式与可控涡的结合并未使级性能在可控涡的设计结果基础上有更好改进。与原始涡轮的末级进行比较的结果是可控涡结合弯曲的设计使效率提高了0.26%,功率提高了9.49%,通流能力提高了9.2%。本文从可涡设计方法入手,证明了可控涡的设计方法在现代先进涡轮设计中相对自由涡设计先进性。并尝试了GE公司提出的先进涡设计方法,即在可控涡基础上结合了喷嘴的不同切向倾斜的设计方法。经过验证,计算网格有较好的独立性,计算结果与设计参数吻合良好,计算结果可信。