随着涡轮进口温度的提高,采用高效气膜冷却降低叶片表面温度成为涡轮设计的主要目标之一。本课题使用叶片叶背和前缘各有一排气膜孔的涡轮叶栅试验件,在中航工业燃气涡轮研究院的高速风洞中进行了一系列带冷气涡轮叶栅试验研究。试验录取了不同叶栅流动状态时不同冷气流量、不同冷气喷射位置、不同冷气温度对叶栅流动损失和气流角影响的试验数据。结果表明冷气流量对能量损失有较大影响,而对出口气流角影响不大;冷气温度的变化对能量损失和出口气流角影响不大;前缘喷射时冷气的作用限于边界层内,在叶背喷射时冷气会带来较大的掺混损失,同时易造成边界层的分离。采用CFD软件对上述试验结果进行了详细的数值模拟比较,数值模拟结果与试验结果基本一致。对比分析了不同网格数(5万、12万、20万、35万、50万)、不同网格结构(网格出口距叶片尾缘0.5t、1.0t、1.5t)、不同湍流模型(k-ε模型、k-εRNG模型、k-ωSST模型)、不同边界处理方法和不同离散误差等对三维数值模拟精度的影响,研究冷气掺混的处理方法。根据试验结果完善和校核气冷涡轮的数值模拟方法,发展完善了一套经过试验验证的、工程适用的带冷气掺混的全三维流场分析工具。