燃气轮机燃烧室出口温度的不断提升给燃气轮机热端部件的耐温性能提出了更高的要求,气膜冷却技术是实现高效冷却的重要手段。本文搭建了平板气膜冷却实验台及测试系统,使用了红外热像仪测量气膜冷却效率。为掌握气膜冷却机理,研究了多种孔形在不同气动参数条件下的冷却特性。首先,稳态数值模拟对比了豆形孔、猫耳孔及C形孔下游的流场结构及换热特性,揭示其冷却机理并分析了流量系数随吹风比变化的分布规律:猫耳孔在冷却效果方面占优;豆形孔的流量系数明显高于猫耳孔,然而在中高吹风比条件下,由于发生了射流的抬离现象因此其冷却效率较低;吹风比分别为2.0和3.0时,C形孔的冷却效率分别比豆形孔高约267.8%和239.7%;C形孔同样具有较高的流量系数,气膜分布稳定,在更加苛刻的吹风比条件下考虑实际工作情况,牺牲部分冷却效率采用稳定性和经济性更好的C形孔是相对理想的选择。其次,利用搭建的平板气膜冷却实验台进行基础实验,探究吹风比和主流湍流度对猫耳孔和C形孔气膜冷却效率的影响。结果指出,猫耳孔和C形孔都表现出在同一主流湍流度条件下随着吹风比升高气膜冷却效率提高的趋势,最高气膜冷却效率均出现在吹风比为2.0、湍流度为1%的条件下。最后,瞬态模拟探究了哑铃形气膜孔下游的涡系结构及湍流场信息,通过湍流场分析了涡系结构对下游流场壁面的换热影响。发卡涡是哑铃孔下游流场的主要特征:发卡涡头部(展向涡)促进了冷却射流与高温主流之间的相互作用,恶化了气膜冷却效果;发卡涡的上抛作用即肾形涡对的抬离使得壁面冷却效率降低;中高吹风比条件下由于涡系之间动能的相互交换,涡结构在远离气膜孔端逐渐耗散并逐渐填充整个下游空间。