在现代先进航空发动机中,需要大量的冷却气和封严气来保证高压涡轮安全工作。然而封严流在保证发动机正常工作的同时,会与涡轮通道内的主流发生复杂的相互作用,进而对涡轮性能产生较大影响。涡轮轮缘封严流对主流流动特性及涡轮性能的影响成为涡轮精细化设计中必须考虑的重要问题。本文详细分析了封严流对端区二次流结构的影响以及封严流与主流之间的相互作用过程,揭示了高压涡轮轮缘封严流与端区二次流相互作用机理。论文主要内容如下:(1)开展了简化封严结构封严流与高压涡轮端区二次流相互作用机理研究。以某典型高压涡轮叶片为研究对象,采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了三种不同简化封严结构对高压涡轮叶片性能及端区二次流动的影响。重点讨论了封严间隙位置、封严内部腔体以及主流攻角变化对于封严结构性能的影响,研究结果表明:封严内部结构对于封严效率影响较大,复杂的封严结构在增加封严效率的同时也会增大封严结构内部损失;封严出口结构对于主流通道内总压损失影响较大,决定了封严回流涡和通道涡在流道内的发展。研究同时发现,当封严流量较小时,封严回流涡会被卷吸融合到通道涡之中;而当封严流量足够大时,马蹄涡的压力面分支被显著抑制,封严回流涡被加强,在流道中通道涡和封严回流涡不会相遇,此时主流通道内总压损失随封严流量增大而减小。(2)开展了真实封严结构封严流与高压涡轮端区二次流相互作用机理研究。借助经过实验校核的数值模拟方法详细分析了真实封严结构封严流对主流端区二次流的影响以及这两者之间的相互作用过程,研究发现:主流从叶片前缘位置侵入封严结构内部时,在封严出口处形成封严回流涡,并在封严结构内部诱导出一个反向涡,这两个涡直接影响封严结构的封严效率。并且封严出口处封严回流涡与叶片通道内马蹄涡压力面分支沿流向旋转方向一致,互相融合并增强通道涡强度。封严结构决定了封严回流涡流出的位置,直接影响封严回流涡与马蹄涡压力面分支的相互作用过程,从而决定了损失的大小。研究同时发现,当封严流和主流在封严出口交界面上流量相当且存在一定的周向速度差时,封严出口会发生Kelvin-Helmholtz不稳定现象。此时伴随大量边界层低能流体进入封严结构内,封严流周向速度减小,马蹄涡的压力面分支和封严回流涡随之减弱,使得端区二次流损失减小。