随着现代涡轮向着多工况方向发展,变几何涡轮在涡轮应用中所占比重也越来越大,对其总体性能研究和叶栅中二次流的研究也一直是叶轮机械领域中的重要课题。叶栅内部流动结构的分析对于优化其几何结构以及有效控制和减小二次流损失具有重要的意义。首先,本文对某柱面端壁的低压涡轮第一级静叶采用可转导叶法建立变几何涡轮模,并对不同转角下的叶栅的三维复杂流动进行了数值模拟,模拟的结果捕捉到了该涡轮级叶栅的内部流的流动细节,展示了叶栅内的二次流流动和涡系三维分离。通过对叶栅中的二次流现象和流动损失机理的分析,揭示了该涡轮级叶栅通道内端部间隙泄漏涡的演变过程,以及旋涡结构对损失分布的影响,明确了此涡轮级叶栅的主要损失分布所在。其次,针对柱面变几何涡轮间隙随转角变化的特点,本文按照几何模型通过数学计算得出不同转角下叶栅的非均匀间隙分布规律。通过叶片端部的流场分布和压力分布揭示了非均匀间隙在不同转角下对叶栅端部泄露涡系的影响。通过研究球面端壁的变几何涡轮的间隙变化规律,发现球面端壁的变几何涡轮通过合理的模型设计,可以使其端壁处间隙在叶片旋转时不发生改变。在设计角度,本文通过数值模拟0.8mm间隙和0.5mm间隙下的球面端壁和柱面端壁变几何涡轮,通过对比四个不同方案效率发现了采用球面端壁和减小间隙都能提高涡轮在设计转角的效率。最后,本文通过对涡轮端壁进行球面改型,并采用0.5mm间隙值,来模拟不同转角下的球面端壁叶栅的三维复杂流动,通过损失机理的分析与柱面端壁的局部流场比较,揭示在非设计转角下,端壁和间隙的改变对涡轮性能的影响。结果表明局部球面端壁的采用在结构上对间隙设计进行优化,在性能上提高了涡轮的效率。