高温燃气入侵涡轮盘腔会造成轮盘烧蚀损伤，降低涡轮盘寿命及可靠性，保护涡轮盘需要从压气机抽气用于间隙封严及盘腔冷却。通过在轮缘间隙及动叶伸根段布置高封严效率的轮缘密封结构，可以改善燃气入侵现象，减少封严冷气的消耗，并减少低温扫吹流及其造成的气动损失。轮缘密封结构设计要以转静盘腔及轮缘间隙区域的燃气入侵流场解析为基础。
　　本论文通过解析基础转静盘腔燃气入侵流场，揭示了基础转静系盘腔燃气入侵机理。构造了一种“静静系”缓冲腔室来减小入侵流的切向速度比。并且，本文还提出了一种径-径-轴向间隙轮缘密封结构，相比径-轴向间隙轮缘密封，这种密封结构进一步降低最小封严流量约11.24%。通过某船用燃气轮机高压涡轮级及转静容腔流场解析可知，增加封严冷气量有助于提高转静系封严效率，但封严冷气流量每增加1%将导致涡轮级功率下降约0.32%，涡轮气体动力学效率下降约0.33%。基于轮缘斜向间隙燃气入侵特性分析及迷宫-间隙理论改进了容腔及斜向间隙结构，通过强化斜向间隙局部回流提高自封严效果，从而提高了全容腔的封严效率，减小封严冷气消耗。
　　从涡轮盘所处多物理场环境出发，建立了高精度气热耦合计算模型以提高预测涡轮盘腔内部传热特性的水平，主要目的是预测燃气入侵对轮盘温度场的影响。基于静力有限单元法求解多载荷耦合作用下涡轮盘物理形变，获得了热态运行轮缘间隙形成规律，揭示了热态运行间隙下燃气入侵机理及燃气入侵特性。结果表明，多载荷耦合作用下涡轮动盘径向伸长量约占动盘唇缘厚度的11.89-18.11%，热态运行轮缘间隙会强化燃气入侵及出流现象，与初始间隙相比，造成转静系内部封严效率下降约2.35%-11.12%。
　　通过精细非定常数值计算确定了本文所研究的轮缘间隙区域存在开尔文-亥姆赫兹涡系。基于轮缘密封区域大尺度涡结构动力学特性分析，确定了旋涡频率约为5.61倍转子频率，旋涡转速约为0.35倍转子转速，轮缘间隙区域整周旋涡数目约为17个。数值结果表明动静轮盘唇缘的错位效应都会增加燃气入侵程度。轮盘涡动会在动静轮盘唇缘处形成动态错位效应，结果显示轮盘涡动一定程度上提高了轮缘间隙区域的封严效率，减弱了燃气入侵现象。转静系内部低半径区域非定常流动基本与轮盘涡动同频，但高半径区域的非定常流动会受到轮盘涡动频率以及轮缘间隙处开尔文-亥姆赫兹涡系频率的共同影响。