随着飞行器对更高性能动力装置的需求提升,航空发动机的传统涡轮设计技术已经难以使发动机性能得到进一步提升。因此,可综合考虑多种影响因素的涡轮精细化设计技术已成为发展趋势,其中对轮缘封严附近非定常流动特性的理解和调控已成为研究热点和重中之重。深入研究涡轮轮缘封严位置处气流的非定常流动特性和燃气入侵流的控制方法具有重要的学术价值和工程意义。本论文以某型号涡扇发动机的高压涡轮前腔为研究对象,采用经实验数据校核的定常数值模拟方法,同时应用非定常数值模拟方法,研究了其在不同工况下,不同轮缘封严结构的封严效果和非定常流动特性,包括主流和盘腔内的压力场、速度场、封严效率分布等。最终从非定常流动特性角度出发,创新性地提出了一种可抑制燃气入侵从而提高封严效率的轮缘封严新构型,同时,提出了其对应的封严气分配新策略。针对轴向轮缘封严模型,通过经实验数据校核的RANS和URANS数值模拟方法,选择转速和封严气流量两个变量进行变工况计算。分析了定常、非定常时均和非定常瞬时的计算结果,定量研究了封严效率、旋转比、径向压力系数和周向压力不均匀系数。比较了定常和非定常计算方法的区别,得到了封严间隙处和盘腔内的非定常流场结构及压力脉动频谱特征,阐述了高、低径向位置处燃气入侵的不同诱导因素。针对三种不同的轮缘封严结构(轴向、鱼嘴、双层封严)进行RANS和URANS计算,同样定量研究了压力场、速度场、封严效率分布等,分析了不同封严结构的封严特性差异和非定常流动特性差异,阐述了复杂封严结构提高封严效率的原因。聚焦动、静盘封严唇形成的封严缓冲腔,重点分析了高径向位置处缓冲腔对入侵燃气的“阻尼”作用和缓冲腔内入侵燃气、封严冷气这二股气流的掺混效应。在深入理解发动机中轮缘封严处真实流动形态的前提下,受前人研究工作的启发,对封严冷气的流路进行了创新性设计,首次从抑制燃气入侵的角度出发,提出了一种新型轮缘封严结构——带有辅助封严孔(径向高位、周向有倾角)的轮缘封严结构。通过封严气路的优化设计和封严冷气的重新分配,提高了封严效率,并阐述了这一新方法提高封严效率的机理。研究了两个重要变量(辅助封严气进气角度和封严气分配比例)对封严效率的影响。本论文所得结论有力支撑了对轮缘封严这一复杂物理问题的理解和分析,并为新型轮缘封严结构的设计提供了创新思路和有益参考,为轮缘封严效率乃至整机效率的进一步提升提供了潜在可能。