作为火电及核电的核心动力设备，汽轮机末级叶片因其工作在以湿蒸汽为工质的特殊环境中，会出现湿蒸汽非平衡凝结现象。蒸汽的快速膨胀使得凝结液滴出现，产生的湿气损失导致初始蒸汽动力性能下降，热力与动力不平衡相继出现，最终引起汽轮机效率的下降。并且，凝结产生的水滴在主蒸汽流的裹挟下以很大的相对速度撞击动叶前缘，产生制动损失的同时也对叶片造成侵蚀，威胁机组的安全运行，因此对汽轮机湿蒸汽凝结的研究极为重要。
　　本文采用数值方法对典型Bakhtar喷管、Dykas叶栅以及三维级叶片流道进行湿蒸汽相变模拟，对模型进行验证并分析湿蒸汽的凝结特性。
　　首先对缩放喷管内的凝结流动进行模拟计算，喷管增速降压的工作原理同汽轮机静叶相同。结果显示，实验数据与模拟值相对应，验证了模型的正确性，准确预测了成核位置与激波强度，分析各凝结参数的分布规律、成核影响因素及湿度形成原因，并研究进口热力学参数不同对非平衡凝结相变的凝结规律及参数分布的影响。
　　其次，研究湿蒸汽在静叶栅流道内的凝结流动情况，分析叶栅中的成核机理与液相参数分布规律。结果显示，膨胀率及过冷度对凝结过程影响较大，液相参数突变位置集中在喉部吸力面，峰值成核率及过冷度集中在压力面尾缘点，造成尾流区与主流区的流动差异，使湿度呈区域性分布。针对不同进口热力学参数，分析低过热流动与过冷凝结流动的差异，过冷凝结流动因其成核量大，湿气损失大使得流动恶化，效率降低。
　　最后，对三维级叶片流道进行湿蒸汽模拟，分析其在整个三维流道内的凝结流动规律，包括典型50%叶高截面、不同叶高变化规律、静叶出口面液相分布，以及不同过热度对凝结流动的影响和水蚀特性。从中得出，级内湿蒸汽变化剧烈的位置首先出现在静叶喉部并对动叶产生影响，水滴数和半径在级流道内呈带状分布；叶高增大的方向膨胀率减小导致极限过冷度减小，从而成核量减小，湿度随叶高增大而减小；湿度集中区处在50%叶高截面与轮毂之间；并且随着过热度的增大，整体湿度减小，但成核位置的后移对动叶前缘侵蚀危害增大，故要综合考虑进口参数的选择。水滴通过撞击、回弹、回流冲刷作用在动叶前缘，使叶片极易水蚀，并且3%、4%湿度区域主要分布在静叶喉部下游和靠近动叶压力面流道，为除湿结构的设计和加装防护材料提供技术参考。