间隙泄漏流对涡轮传热及内部流动损失有显著的影响,了解泄漏流流动机理并采取措施降低泄漏流产生的不利影响,能提升涡轮的气热性能。目前对于平顶叶片及凹槽叶片,间隙及凹槽内流场结构实验探究较少。因此本文探究了叶片间隙及吸力侧流场的变化,分析叶顶开槽对流场的影响,同时关注凹槽内流场结构,探究了进口雷诺数Re及凹槽深度比d/H对流场结构的影响,完善叶顶区域流动机理和凹槽叶片间隙泄漏流抑制技术的研究。在开展静止叶栅实验前,首先需要对叶栅通道周期性和PIV测试精度进行验证。实验结果表明:风洞出口最大湍流度为9.2%,满足实验需求;同时对比目标叶片两侧平均速度,相对误差小于6%,验证了设计的叶栅通道能满足实验周期性要求;最后,通过经典单圆孔稳态射流实验,得到轴向平均速度和脉动速度与参考实验值最大误差为1.3%和4.1%,由此验证了PIV测试精度满足要求。其次,在叶栅实验台上开展了平顶及凹槽叶片泄漏流流动特性实验,通过PIV技术对比间隙及叶片吸力侧流场,同时探究了凹槽内流场变化。实验结果表明:从前缘到尾缘泄漏涡逐渐增强,尺寸范围增加,并逐渐偏离叶片吸力侧。泄漏流在凹槽中分离再附,形成大尺度涡,旋涡沿叶高方向向间隙发展,对泄漏流有阻碍作用,从而减小泄漏流量,降低泄漏损失。然后,通过改变进口雷诺数Re及凹槽深度d/H等获得不同叶顶结构下凹槽及主流通道内流场结构特征。实验结果表明:随着雷诺数增大,凹槽内及吸力侧流体的速度梯度增加,高涡量区域增大,泄漏涡与主流流体卷吸作用增强,凹槽对泄漏流的控制效果越明显。随着凹槽深度增加,泄漏涡区域流速降低,泄漏损失降低,但存在最佳凹槽深度,在达到最佳凹槽深度后,凹槽对泄漏流的影响降低。最后,针对泄漏流流动换热特性数值进行仿真研究。仿真结果表明:在间隙高度为1.5%时,凹槽深度比为5%时相对泄漏量最低,同时间隙内的总压损失最小,此时最有利于泄漏流量控制,在此基础上继续增大凹槽深度,对泄漏流的控制效果已不明显。凹槽结构能够降低叶顶表面的平均换热系数,随着凹槽深度增加,叶顶平均换热系数减小。在凹槽深度比为5%时,凹槽叶顶、吸力侧及底部存在最大换热系数,会对叶片性能造成一定影响。