汽轮机内发生的自发凝结现象,一方面引起不平衡态热力学损失,降低了汽轮机级的效率,同时还可能因为改变汽流参数的分布并同流场中边界层分离、激波等各种复杂现象互相作用而产生附加损失。对汽轮机内湿蒸汽两相凝结流动进行研究,以凝结理论设计汽轮机叶片对提高蒸汽透平效率具有重要意义。对湿蒸汽两相不平衡凝结流动进行了数值研究,基于成核和水滴生长理论建立了欧拉/欧拉坐标系下的凝结流动数值模型。应用n阶Moment方法建立了均质成核液相数值模型,基于杂质核表面的冠状成核过程建立了非均质凝结的数值模型。采用二阶TVD格式离散,时间推进法求解。基于传热传质过程耦合求解方法提出了一种水滴生长的修正模型。在水滴生长的初始阶段,液滴处于自由分子流区域,初始液滴半径增长至一定程度时处于连续流区域。汽轮机中的大多数凝结水滴落入两者之间过渡区的范围,但此区域中液滴生长缺乏精确的数学描述模型。针对过渡区求解困难的问题,推导了适合于连续流区域和自由分子流区域的传质系数表达式,应用传热传质耦合求解方法得到水滴增长率。在自由分子流区域、连续流区域及两者之间的过渡区具有较高的计算精度。对缩放喷管和二维叶栅中凝结流动的进行了数值研究,与文献中提供的实验数据进行了对比。计算结果正确反映了凝结产生的压力突跃和水滴分布规律。潜热的释放会导致叶栅出口马赫数的降低,改变叶栅出口气流角,使流场中激波系重新分布,并在吸力面尾缘附近产生较明显的流动分离现象。这些现象改变了汽流参数的分布并产生各种附加损失。在非均质凝结流动中,杂质核的存在使得凝结可以在较小过冷度下发生,压力突跃减弱并向平衡流发展。提出了通过控制叶片吸力面型线和尾缘点形状控制凝结过程的方法。凝结过程对汽流膨胀率敏感。通过修改叶片型线,减小吸力面喉部附近的局部膨胀率,可以使成核过程更平稳,降低边界层分离程度和尾迹涡强度,减弱尾迹涡中水滴对主流相变过程的扰动程度,保证叶栅下游水滴分布均匀性和汽流携带水滴的稳定性。通过改变尾缘点形状,降低压力面尾缘处局部汽流膨胀率,可以使尾迹中水滴数的数量级降低。研究了凝结对汽轮机级内流动的影响。凝结过程可能会改变叶栅的汽流出口气流角,对透平级的通流能力和做功能力造成影响。进口参数不同会使凝结位置不同,凝结可能会发生在静叶或动叶中,从而对动叶进气角产生不同的影响趋势。设计初始成核级时,需要根据流动情况,进行叶型的设计。