透平机械是工业领域中应用广泛的一种能量转换机械,作为当代重要的能源利用设备之一,被广泛地应用于能源、冶金、石油、化工等领域,在国民经济的支柱产业中占有着重要地位。透平机械技术的不断完善对国民经济发展和国防建设具有重大影响,是我国核心动力技术可持续发展的重要保障。因此,积极开展透平动力机械性能的研究,具有非常实际的工程意义和学术价值。其中含尘透平机械,其工作介质为水蒸气、氮气、二氧化碳等组分的混合烟气,并含有大量无法完全过滤的催化剂颗粒或煤灰颗粒等,在运行过程中,固体颗粒对叶栅反复碰撞或研磨造成冲蚀磨损,它不仅会增大叶片表面损伤,破坏叶片流线进而恶化其气动性能,而且还会因质量变化改变叶片振动特性,发展到一定程度甚至将危及透平机组运行安全性。因此,固体颗粒冲蚀是影响透平机组运行效率和安全性的关键问题之一,通过数值模拟研究三元粘性流场下的颗粒冲蚀分布规律,开展可控性研究以及预测叶片寿命,寻求降低和克服冲蚀的手段和措施,对于提升动力装置的经济效益和运行安全可靠性具有重要意义,符合工程实际需要。本文采用CFD模拟方法,借助商用软件Phoenics对某一单级烟气轮机静叶和动叶流道内颗粒冲蚀特性展开数值模拟研究,分析分布粒径5~50μm稀相颗粒群的运动轨迹及颗粒滑移程度;根据Tabakoff冲蚀计算理论计算冲蚀率,并提出基于冲蚀耦合的叶片振动频率关联模型,预测叶片寿命;研究叶片表面弹性特性对冲蚀分布的影响,通过探索冲蚀可控性规律,提出一种基于弹性恢复系数,关于叶片冲蚀可控的新思路。为了更直观的了解材料抗冲蚀特性,本文还进行了热态风洞冲蚀试验,在200℃和300℃拟工况条件下,对喷丸表面处理前后的叶片常用材料X20Cr13金属进行全冲角冲蚀试验,提出试验条件下的叶片选材的优化方案,同时归纳喷丸表面强化处理工艺对材料抗冲蚀性的影响,为叶片的表面强化工艺提供参考依据。