气膜冷却是燃气轮机叶片广泛采用的有效冷却保护技术,准确预估气膜冷却效果对燃气轮机叶片等的设计起着至关重要的作用。本文采用数值计算方法,模拟单圆孔气膜冷却流场的流动和传热特性,分析讨论了Standard k -ε模型、RNG k -ε模型、及Realizable k -ε模型对横向紊动射流的适用性;又通过对比分析渐缩喷孔、圆形气膜孔和扇形气膜孔三种孔形的温度场,总结了不同入射孔形状对温度场的影响,及不同孔形的温度场随吹风比的变化趋势;最后采用大涡模型(LES)模拟圆形气膜孔和扇形孔γ=30o时不同截面上的涡量等值线以及分布特征随时间的变化过程。结果表明:在模拟存在分离和回流流动的横向紊动射流时,RNG k -ε模型的预测值比Standard k -ε模型的预测值更为准确;圆形气膜孔的吹风比越小,射流中心线越靠近壁面,底面的冷却效率越好;在同一条件下,扇形气膜孔近壁面的流场比圆形气膜孔尤其是渐缩喷孔稳定,其底面的冷却效率最高,且冷却效率并不随吹风比的变化而单调变化,而是在吹风比M=0.7时存在最佳值,对于单排孔布局,γ=30o底面的冷却效率最高,且对于多排孔布局,γ=60o最高;对称面的正反旋涡和垂直截面的马蹄形涡的两翼交替周期性地脱落成新的涡,同一截面扇形气膜孔旋涡生成和脱落的时间比圆形气膜孔的短,冷气射流与主气流掺混剧烈,带走的能量较多,所以壁面的冷却效率高。