超超临界汽轮机组的发展对内部流动及稳定性有很高的要求,其中汽轮机进出口流动十分复杂,对机组性能以及安全性有很大的影响。高压进汽腔接收来自锅炉的高温高压蒸汽并将之由径向流动转为轴向流动然后排出调节级推动叶轮做功,其内部流动状况及对蒸汽的周向均匀分配能力严重影响叶片的进口条件以及做功能力。低压末级排汽系统则是将低压末级叶片排出的蒸汽引导到冷凝装置的出口部件,当处于交变工况下容易产生振动及气动噪声等问题,严重影响着机组运行的稳定性及安全性。因此,本论文针对汽轮机进出口分别选取高压进汽腔和低压末级排汽系统作为研究对象,基于数值模拟计算对其内部复杂流动进行分析,该研究具有重要的工程运用价值。本文首先通过数值计算对高压进汽腔内部流动特征进行了分析,针对流场的特征结构提出了关键几何结构参数对其性能影响的比较研究。为提高腔体的气动性能,采用基于Kriging代理模型的优化算法对腔体结构进行了气动优化设计。其次采用非定常数值计算对特殊工况下的低压末级排汽系统进行了研究,结合流场以及根据设定计算监控点得到敏感区域的气动参数进行频谱分析来确定该工况旋转不稳定性的发生,进而得到相关频率和分布的特征。利用动模态分解方法更进一步认识特征频率与周向模态之间的关系。本文具体内容如下:1.采用数值计算方法对超超临界汽轮机高压进汽腔内部流动进行模拟计算,在获得了其整体气动性能以及内部流动特征的基础上寻找严重影响其流动性能的几何参数,并就几何参数对腔体气动性能的影响进行比较研究,总结其影响规律。2.寻找一种简单精确的优化方法,并在MATLAB中构建气动优化平台,结合相关几何参数对腔体性能的影响提出腔体外形结构的改进,根据相应的目标函数对腔体结构进行优化设计,将优化后腔体流动性能与原型相比,验证其优化的有效性。3.对汽轮机低压末级排汽系统在特殊工况采用整圈末级流道与排汽腔耦合的形式进行非定常数值计算研究,获取其整体性能及流场特征,根据监控点数据进行频谱分析验证流场的流动不稳定性结构,获取其特征频率以及周向传播速度等信息,并结合非定常计算流场分析该扰动的来源以及流场结构等情况。4.采用DMD方法对非定常计算流场信息进行分解,获取扰动频率相对应的特征流场,进一步验证扰动频率与流场结构之间的关系,也验证DMD方法对流动旋转不稳定性分析的可行性。