高压涡轮动叶作为高压涡轮的动力部件,其由于叶顶间隙产生的泄漏流动造成了涡轮的流动损失,并且高温泄漏流与叶尖壁面之间的换热使得涡轮动叶尖承受着极高的温度负荷,极易发生烧蚀。现代高压涡轮的动叶普遍采用突肩凹槽式叶尖结构,研究突肩凹槽式涡轮叶尖流动换热特性及其在叶顶冷却射流下的影响显得尤为重要。本文采用数值模拟的方法,对GE-E~3高压涡轮第一级动叶尖的流动换热特性进行研究,以期对涡轮叶尖结构及冷却设计提供参考。本文首先对突肩凹槽式涡轮叶尖的流动换热特性进行了研究,考虑了叶顶间隙高度和突肩凹槽深度的影响。结果表明叶顶间隙高度和突肩凹槽深度对叶尖泄漏涡和上通道涡的强度和尺度、泄漏涡核损失、叶尖区域静压具有截然相反的影响。小的叶顶间隙下,突肩凹槽深度的增加可以降低涡轮的流动总压损失。在同一叶顶间隙高度下,突肩凹槽深度的增加可以有效降低叶尖泄漏流量和泄漏流与叶尖壁面的换热。为进一步研究叶顶冷却射流对突肩凹槽式涡轮叶尖流动换热特性的影响,考虑了不同的叶顶射流孔位置和数目。结果表明叶顶射流孔位置对叶尖泄漏涡和上通道涡尺度的影响很小,而叶顶压力侧射流时,增加射流孔数目可使叶尖泄漏涡和上通道涡的强度和尺度有所减小。叶顶射流使得泄漏涡核总压损失减小,而泄漏涡核周围总压损失增加。叶顶射流对于降低涡轮流动损失的作用不大。相比于叶顶压力侧射流和叶顶吸力侧射流,叶顶中弧线射流能获得最佳的叶尖气膜冷却效果,增加叶顶射流孔数目可使叶尖气膜冷却效果明显增加。