目前燃气轮机应用广泛,随着燃气轮机性能不断提高,燃烧室温度不断升高,燃烧室产生的燃气温度很容易超过燃烧室材料所承受的耐热温度。此外,由于燃烧室出口温度分布决定了涡轮叶片的工作可靠性和寿命,高温升低污染燃烧室没有掺混孔用于出口温度调控,完全靠进口可控边界进行燃烧室出口温度分布调控,在不影响燃烧组织的情况下,进口可控边界的选取和变化范围非常有限,因此研究火焰筒冷却结构对边界温度分布的影响规律是意义重大的。本文以同轴分级模型燃烧室为研究对象,采用数值模拟方法对边界温度分布调控展开研究,分析燃烧室壁面冷却特性以及出口温度分布规律,在此基础上给出应用于同轴分级模型燃烧室的边界温度优化方法以及壁面冷却结构,为燃烧室边界温度特性变化提供基础研究。本文主要工作内容如下:(1)针对目前多种常用的壁面冷却技术,采用数值模拟的方法对比分析了平板模型结构下的多斜孔冷却、复合角冷却以及冲击/气膜冷却三种冷却方式的冷却特性,结果表明:在冷却空气总流量确定的条件下,多斜孔以及复合角冷却性能均随着冷却结构孔的孔径增大而降低,冲击气膜冷却反之。多斜孔以及复合角随孔径减小贴壁效果越好,冲击气膜孔径变大,有较好的气膜贴壁效果。并且冲击/气膜冷却结构同比相同来流条件下的多斜孔和复合角冷却结构性能更优。(2)针对模型燃烧室的燃烧性能以及边界温度特性,采用数值模拟的方法研究了模型燃烧室的燃烧性能以及边界温度特性。结果表明:在燃烧过程中,回流区会随着孔径变大向内收缩;第三级旋流器部分气流贴壁向前流动会对壁面起到一定保护作用。出口最大不均匀度随孔径变大升高,总压损失随孔径变大降低。(3)采用数值模拟方法对比分析了不同改进优化方案下的燃烧室性能与边界温度分布特点,结果表明:在合理壁面冷却结构、旋流器结构以及燃料分配的条件下,可以有效的实现出口温升1100K、火焰筒壁面温度950℃以下的预期目标。