低压外缸作为汽轮机重要的结构部件之一,在运行中不仅要保证机组的安全稳定,而且对机组的经济性也有较大影响。随着汽轮机组朝着高参数和单机大容量发展,低压外缸的尺寸也随机组蒸汽流量的增加而不断增大,对低压外缸的适应性和结构可靠性提出了更高的要求。同时由于近年来能源结构发生较大的变化,现有大量汽轮机组由于电网调节的要求长期在低负荷下运行,不仅增加了低压外缸内部的流动损失,而且还导致结构力学特性非常复杂,影响了机组的稳定安全运行。如何在保证缸体力学性能的前提下,减小蒸汽流动损失,提高机组热效率及不同工况下运行的稳定性已成为低压外缸优化设计及改造的关键技术。本课题结合德阳市开放式产学研合作专项资金项目-“350MW汽轮机低压外缸结构及通流设计关键技术研发”,探索基于热-流-固耦合的低压外缸力学特性的计算分析方法,较为准确地预测分析低压外缸的流场和结构力学特性,为汽轮机低压外缸通流和结构优化设计奠定一定的技术基础,同时也为分析现有电厂汽轮机低压外缸在运行中出现的变形和振动问题提供技术手段,主要内容及结论如下:（1）研究不同工况参数对低压外缸流动和温度分布的影响。采用数值模拟方法分析低压外缸内部流场和温度场,研究设计工况和小流量高背压工况下外缸内流动能量损耗的影响因素和分布规律。结果表明,在缸体流场中总压从缸体顶部到底部逐渐减小,并伴随着通道涡的生成、成长、溃灭及再生成的过程,缸体内支撑部件增大了流动损失。低压外缸在小流量高背压工况下气动性能显著降低。缸体内蒸汽温度分布较为均匀,内缸温度对蒸汽温度影响较小。（2）研究低压外缸在多场耦合作用下的结构静力学特性数值模拟方法。采用热-流-固耦合方法对低压外缸结构进行静力学分析,得到了低压外缸结构在重力、真空压力和温度载荷下的变形规律。结果表明,低压外缸结构可靠性较高,上半缸结构变形明显大于下半缸。在设计工况下,真空载荷导致低压外缸的变形较为明显;在小流量高背压工况下,蒸汽温度是缸体变形的主要因素。（3）在热-流-固耦合作用下对低压外缸结构进行动力学分析,掌握低压外缸的振动特性。结果表明,在不考虑支撑系统阻尼的前提下,350MW汽轮机的低压外缸的固有频率与机组工作频率相近,上半缸斜筋板处和下半缸支撑板振动较为明显。在设计工况下,低压外缸轴承座上的振动变形较小,振型主要以水平方向摆动为主;在小流量高背压工况下,轴承座处振动明显增大,会对机组正常运行产生影响,所以在该机组改造过程中对低压外缸需要进一步优化。本文通过对低压外缸在热-流-固耦合作用下的力学特性分析,能够较为准确的反映低压外缸在不同工况下的力学性能变化,可用于指导低压外缸结构设计和机组优化改造,具有一定的工程应用价值。