提高低压涡轮单个叶片载荷可以减少低压涡轮叶片数目,有效降低低压涡轮部件质量,实现提高发动机推重比的目的。然而由于负荷的增加,叶片吸力侧附面层会承受更大的逆压梯度,在高空低雷诺数工作环境下更易发生层流分离,造成损失剧烈增加,严重影响发动机的工作效率和飞行器的续航时长。因而通过研究开发有效的流动控制手段,抑制由负荷提升造成的低雷诺数下层流分离带来的不利影响,是近些年高负荷低压涡轮相关研究中的一大热点。本文主要针对球窝被动流动控制技术进行了研究。首先通过雷诺平均（RANS）方法,探究了在湍流度为1%,雷诺数分别为25,000、45,000和100,000时原型低压涡轮叶栅吸力侧附面层的发展规律,在此基础上选择在雷诺数为45,000工况条件下研究球窝的关键几何参数包括球窝深度H、展向高度D、间距S以及球窝中心的流向位置对球窝流动控制效果的影响规律。研究发现球窝结构可以通过促进边界层提前转捩有效抑制层流分离减小损失,最佳球窝方案使叶型损失减小了22.0%。在研究的几何参数中,球窝深度对球窝流动控制效果的影响最大,当球窝深度增加至某一值时,球窝结构会促使边界层提前完成转捩,使流动控制效果大幅提升。进一步的,为了探究球窝结构和一些“准三维”结构流动控制效果的差异,选择对U型槽结构进行对比研究。和U型槽结构相比,在相同深度和宽度尺寸下,球窝虽然对叶片进行了更小面积的处理加工,但在较低雷诺数下能对流场产生更大的扰动作用,促使边界层提前完成转捩抑制分离,流动控制效果更好,同时在高雷诺数下,球窝在附面层中产生了更低水平的湍动能,因而流动控制效果也更好。考虑到RANS方法对附面层的分离和转捩过程进行了模化处理,计算精度有限,因而在了解球窝被动控制技术流动控制规律的基础上,通过大涡模拟（LES）方法在45,000雷诺数工况下,进一步探究了球窝的流动控制机理。通过对计算结果中边界层位移厚度、动量厚度、形状因子及流向壁面剪切应力等参数的分析,明确了各方案下附面层的发展过程;通过对流场中旋涡结构演变过程的分析,明确了球窝结构的流动控制机制,此外还对比研究了U型槽结构和球窝结构在流场中产生的不同流动结构。研究发现,在分离剪切层中,由K-H不稳定性引发的展向涡的卷起和破碎是影响转捩进程的关键因素,在所计算的方案中均观察到了展向涡的卷起和破碎,然而展向涡的卷起位置和破碎过程却受到了球窝结构和U型槽结构的影响。球窝结构尾缘存在周期性脱落的旋涡结构,该旋涡结构在向下游发展的过程中,一方面促进了展向涡的卷起,一方面促使展向涡更快的发生破碎,有效的促进了边界层转捩的进程。U型槽结构可以促使附面层更早的卷起展向涡,也能促进边界层的转捩进程,然而和球窝结构相比,球窝结构产生的周期性脱落的旋涡结构能够更有效地促进展向涡破碎,因而具有更好的流动控制效果。