在燃气轮机效率不断提升的趋势之下，高温部件的工作条件越来越为严苛，同时部件之间的交互影响也更加明显。以高温透平和其中的二次空气系统为例，一方面二次空气系统为透平提供冷却气体，而另一方面透平叶栅中的高温燃气一旦发生入侵则会烧蚀轮盘，因而两者的交互作用对于整机运行的稳定性和寿命都是十分重要的。本文以燃气轮机高温透平中的空气系统为背景，研究了转静轮缘中封严与入侵的流动传热机理。具体从三个层面展开了研究：首先是基础腔室单元内的典型流动和传热问题；其次是一级透平环境下的封严与入侵问题；最后是封严流体和透平冷却流体的交互影响。在基础单元的研究中合作搭建了燃气轮机二次空气系统典型单元机理研究实验台，基于该实验台开展无外流影响下的基础封严结构实验和数值模拟，构建了带有预旋射流的转静腔室模型并采用瞬态液晶测量技术开展了传热实验；分析了腔室内的流动机理和不同封严结构的作用特性，总结了预旋射流对腔室内部流动和传热的影响机制。在基础腔室单元的研究之上进一步开展了一级透平环境中的封严与入侵问题的实验和数值研究。主要内容包括透平叶栅环境下的燃气入侵机理﹑入侵气体和封严气体的掺混过程及其在腔室内部的分布机制﹑不同封严结构的作用特性和原理等问题。发展了基于压力参数的密封效率预测模型，进一步的验证实验结果表明该理论模型可以采用压力参数定量化评价燃气入侵的程度，且在理论和实验上与采用气体组分浓度作为评价指标的结果一致，有利于实验和测量流程的简化。在透平冷却结构与转静轮缘间隙封严流的交互层面，采用数值方法研究了一级透平环境下端壁侧向出流孔对封严的影响，提出了新型的端壁出流孔布置形式，并验证了其对封严效率的提升效果；通过系统分析一级透平环境下封严与预旋结构的多种模型总结提出了有利于提高封严效率的结构组合方式。本文结合实验研究﹑数值模拟和理论分析的方法对燃气轮机高温透平的轮缘封严与入侵问题从机理、部件、系统三个层面进行了结合实际应用、深入浅出的研究。分析了燃气入侵的机理，总结了结构形式对封严效率的影响规律，凝练了高效封严结构的设计原理，发展了基于压力分析的封严效率预测模型，优化了透平冷却结构与封严流体的交互影响，可用于指导燃气轮机的工程设计。