现代汽轮机组的效率提升对于机械和能源行业的整体效益有着深远的影响,为了进一步降低工业制成品的单位能耗,有必要对目前使用的汽轮机组进行持续性的优化。与此同时,汽轮机组在高负荷工况下的安全问题也不可忽视。本文以某大功率机组叶片作为研究对象,在变冲角下进行叶栅气动性能实验。同时为了便于对静叶叶型的损失机理和损失控制进一步深入探讨,对相关的涡轮损失预测模型进行了整理,编写为损失预测程序,参考气动试验结果找到最适用于本套叶栅的损失预测模型。考虑到汽轮机组叶片工作负荷较大,且本套叶栅静叶尾缘厚度较薄,对叶片进行基于流固耦合的振动特性分析。首先在变冲角下（0°,±5°,±10°）对静叶进行气动性能实验,通过静叶平面叶栅试验台对叶顶、叶展中部和叶根进行了实验,测量三个叶高截面处的总压损失系数、静压系数和气流落后角等曲线,实验结果表明:静叶采用后加载叶型,有良好的变冲角适应性,使得总损失降低的同时在负冲角来流下能保持良好的工况参数。然后进行了静叶环形叶栅的风洞实验。可以看出,叶根和叶顶位置存在横向压力梯度,这是二次流损失增加导致的。从叶顶到叶根存在正向的压力梯度,静压系数逐渐降低,且与叶栅内周向速度带来的径向压力梯度相互抵消,使得叶型上下端壁处的低能流体向叶展中部靠拢,降低了叶根和叶顶处的损失。为了拓展实验测试条件的局限性,深入研究叶型的多工况点特性,本文采用多种损失模型对实验叶片进行损失预测研究,将相关模型及图表在数学软件中进行拟合,开发为带有图形界面的损失预测程序,从而依靠叶型的几何气动参数直接计算对应的各项损失情况。对本文静叶的计算结果表明,基于能量法的Traupel模型和基于压力法的Mou模型都具有很高的计算精度,可以用于涡轮叶片损失估算。基于所研究实验静叶片的自身结构特性,指出叶片尾缘较薄易诱发叶片振动,影响运行安全,因此对叶栅流道进行了基于双向流固耦合的非定常计算,探究叶片变形时流场的流动特性和叶片对来流激励的动态响应。在同一入口马赫数下,当攻角从负值向正值增加时,叶片的无规则扰动减弱,说明叶型对正攻角来流的适应性较好。在叶片工作的马赫数范围内,气动阻尼对叶片振动趋势有明显的削弱效果,随着时间增加振动曲线逐渐收敛,表明在工况范围内叶片具有良好的气弹稳定性。