涡轮叶片的冷却对提高涡轮进口燃气温度进而提高燃气轮机的功率和效率至关重要,而交叉肋内部冷却结构以其极强的换热冷却效果逐渐受到关注。本文的工作是利用商业计算软件CFX对某涡轮叶片中使用的交叉肋内部冷却结构以及完整的气冷涡轮叶片进行了流热固耦合传热的数值研究。本文首先对11个简化交叉肋模型在5个不同工况下进行数值模拟,研究了肋宽、肋间距以及肋片倾斜角对交叉肋通道的换热与流阻特性的影响。研究结果表明随着肋间距的减小,通道的平均努赛尔数和流动阻力系数增大,综合换热效果增强;随着肋宽的增大,通道的平均努赛尔数和流阻系数也随之增大;在肋片倾斜角为15°、30°、45°的三个模型中,肋片倾斜角为15°时的综合强化换热性能最好。同时在上述常规交叉肋的基础上,研究分析了当上下层肋片间存在正、负间隙时对交叉肋通道的换热与流阻特性的影响。结果表明当上下层肋片间存在负间隙时,通道的平均努赛尔数小幅增加,流动阻力系数明显增大,综合换热效果大幅度减弱;上下子通道间的正间隙对通道的换热情况影响较大,间隙值越大,通道的平均努赛尔数越差,流动阻力系数越小,综合换热情况越好。此外还将上述数值模拟结果和参考文献中的数值模拟数据及实验数据共同作为数据集进行了神经网络预测研究,详细分析预测了交叉肋冷却通道的气冷效率在不同肋几何参数下的近似大小值。本文最后通过流固传热耦合方法对一个具有复合交叉肋内冷结构的涡轮叶片进行了数值模拟研究。通过改变45度交叉肋的几何结构参数及上下侧肋片布置形式,获得了多个不同内冷结构的模拟模型,详细分析了不同肋宽、肋间距及肋片布置形式对实际叶片流动和换热特性的影响。结果表明当叶片内部采用复合交叉肋冷却结构后,叶片表面温度分布较为均匀;当上下层肋片间没有间隙直接接触时,不同肋宽、肋间距下叶片表面温度分布情况大致相同,冷却效果相差不大。当复合交叉肋冷却叶片内部上下侧存在正间隙时或者减少复合交叉肋压力面的肋片数量后,不但冷却效果较好,同时可以大大的降低叶片的加工难度和制造成本。本文对比分析了各种不同内冷结构叶片的冷却效果,为今后交叉肋内冷结构的设计改进指明了方向。