燃气轮机涡轮叶片的蒸汽冷却是20世纪70年代提出的一种新式冷却方式。原理上采用蒸汽冷却有两个主要优点:一个是,蒸汽的导热性优于空气,可获得更高的冷却效率以保证叶片能承受更高的燃气温度;另一个是,蒸汽冷却技术的应用可以避免或减少从压气机抽取冷却空气,从而增大燃气涡轮工质流量,提高燃气轮机效率;但蒸汽冷却的一个缺点是需要配备一套专门的蒸汽发生设备,为此,这项技术主要用于地面发电用燃气轮机。目前,GE和三菱等公司已经在其最新型的发电用燃气轮机中应用了蒸汽冷却技术。国内直到上世纪90年代才出现了对蒸汽冷却技术的研究,基础比较薄弱,这在一定程度上制约了蒸汽冷却技术的工程应用。本文采用流固耦合传热数值模拟的方法研究了某型地面发电用燃气轮机第一级导向叶片的蒸汽冷却特性。首先,应用UG和GAMBIT软件建立了涡轮导向叶片叶栅通道和内部冷却通道的计算模型及其计算网格;其次,利用商业软件FLUENT分别模拟了采用空气冷却和采用蒸汽冷却的三种具有不同冷却结构的导向叶片流动与传热特性,这三种不同的冷却结构分别是:(a)光滑内冷通道-尾缘劈缝复合冷却结构;(b)光滑内冷通道-尾缘劈缝-气膜复合冷却结构;(c)冲击-强化肋/柱-气膜-尾缘劈缝复合冷却结构;比较了两种冷却介质的冷却效果,从机理上分析了蒸汽冷却的优越性;另外,研究了蒸汽物性和冷却结构对叶片冷却效果的影响。结果显示,蒸汽冷却的效果比空气冷却的效果好,利用蒸汽冷却技术可以使冷却结构简单化。最后,在总结本文研究结果的基础上,对燃气轮机蒸汽冷却提出了一些建议,同时也对下一步的研究提出了几点设想。