燃气轮机作为一种大功率的动力装置已广泛应用于能源、航空、电力、船舶等国民经济领域。现代工业的快速发展,推动燃气轮机朝着大型化和高效方向发展,作为燃气轮机核心部件之一的涡轮,其性能对燃机轮机整机性能起着决定性作用。现代燃气涡轮的设计技术已经日渐完善,常规设计手段已经可以使涡轮效率达到93%以上,继续提升空间不断缩小,于是,围绕提高气动性能的其他方面如控制叶尖和轮缘间隙泄漏等越来越受到重视和关注。本文针对涡轮叶栅叶尖泄漏及控制问题进行研究。通过实验和CFD两种方法研究叶尖加冠、端壁开槽与叶尖喷气三种方法控制叶尖泄漏的有效性。在低马赫数大尺度风洞上开展不同叶尖结构的涡轮叶栅气动性能的试验研究。本文首先,实验研究了不同叶尖间隙和不同来流冲角情况下,涡轮原型叶栅(无冠无喷气情况)的流场结构和气动性能。研究结果表明,叶顶间隙的存在增强了叶栅顶部的二次流动,恶化了上半叶展的流动状况。随着间隙尺寸的增加,叶栅总压损失增加；随着负冲角的增大叶栅总流动损失增加。其次,研究了带冠涡轮叶栅不同工况下的流场结构和气动性能。分析了带冠结构对控制叶尖泄漏以及降低气动损失的作用效果与气动机理。研究结果表明,叶顶带冠结构阻止了跨叶顶间隙的气体泄漏,从而抑制了间隙泄漏涡的形成,大幅度降低了流动损失。随着上腔间隙尺寸增加,上腔泄漏量增大,加强了上腔泄漏流与主流的掺混作用,增大了气动损失。适当正的气流冲角可以改善流动状况,提高大转角涡轮叶栅的气动性能。之后,进行了上端壁开设沟槽情况下带冠叶栅气动性能实验研究,结果表明,上端壁的沟槽结构降低了上腔流体泄漏量,但在上腔出口增加了上腔内流体的径向动能,加剧了与主流的掺混作用,增强了上腔泄漏涡,在叶顶区域引起了较高的气动损失。最后,本文研究了叶尖喷气的带冠涡轮叶栅气动性能。实验和数值计算结果表明,叶尖喷气能够降低跨叶片前缘的叶顶气体泄漏,但是上腔中的喷气与跨叶片前缘的泄漏流体在下游与主流掺混形成一个上腔泄漏诱导涡,增大了叶尖区域的气动损失。数值模拟结果与实验吻合较好。综合四套叶栅的研究结果发现：带冠叶栅的叶尖区损失最小,而沟槽结构与叶尖喷射都会不同程度的增大叶尖区的气动损失,同时在叶尖区的诱导涡与上通道涡发生强烈的粘性摩擦,增大了上通道涡区的损失