高温透平叶片的高效冷却是提高燃气轮机的性能和寿命的核心技术。气膜冷却可以有效隔离高温燃气和叶片表面,是实现叶片冷却的有效途径。冷却效果受气动参数、叶片结构参数和冷却工质等因素的影响。本文采用数值模拟的方法,针对三维平板模型和某重型燃气轮机第一级静叶片的气膜冷却开展了研究。本文首先对气热耦合状态下的平板气膜冷却进行研究,模拟了不同气动参数和不同入射角、孔型对冷却效率的影响,并分析了影响规律和原因;然后对于实际重型燃气轮机第一级静叶片,进行了数学建模及结构化网格划分,分析了气动参数比如吹风比、温比等对其冷却效率的影响。由于单相的冷却介质的物性制约着冷却性能提高,本文提出利用气雾冷却的方式实现高效的气膜冷却,即向冷却空气喷入液滴,水滴蒸发过程中气化潜热吸收大量热量,从而进一步提高冷却效率。最后,针对静叶片的气雾冷却进行了数值模拟,结果发现,高吹风比、高雷诺数能提高气膜孔附近的冷却效率,但在气膜孔远处对气膜孔的冷却存在差异;增大冷却气雾射流的入射角会降低冷却效率,采取扩张孔型能比通常的圆孔更能提高冷却效率;提高温比对冷却效率的提高是有一定限度的。相比于单相空气冷却,气雾冷却能够显著提高叶片表面的冷却效率,且随着液滴质量浓度的提高冷却效率会增加。该研究对于气雾冷却在实际重型燃气轮机中叶片的高效冷却具有重要的意义。