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气膜冷却技术是保护涡轮叶片非常有效的冷却手段之一,复合角度射流不仅沿主流方向倾斜,而且沿叶高方向也倾斜了一定角度,复合角度与吹风比的合理搭配能更有效地保护叶片,因此,开展叶片复合角度气膜冷却的研究对指导工程设计有十分重要的意义。首先建立了小型风洞实验台,并利用热膜风速仪对平板单圆孔垂直入射及叶片前缘气膜冷却流场进行了测量,得到了不同吹风比下的流场速度及湍动能分布,同时采用不同湍流模型对实验条件下的流场进行数值模拟,结果表明,对于平板气膜冷却流场,RNGκ-ε模型的计算结果与实验值吻合得较好,而对于叶片气膜冷却流场,Realizableκ-ε模型的计算结果更接近实验值。其次,采用RNGκ-ε模型分别对平板单圆孔入射角度为30°、60°和90°以及平板复合角度孔排射流的气膜冷却流场进行了数值模拟。结果表明：不同入射角度的气膜冷却效率(η)和努塞尔数(Nu)的最大值均出现在射流孔下游分离点附近,η和Nu随着流程的增加不断减小,而且吹风比(M)越大减小的越快。M相同时,射流入射角为30°时换热效果最好,但其在展向的影响范围最小。复合角度射流孔排为顺排布置时,在大于10倍孔径的下游区域有很好的冷却效果,孔排为错列1／2孔间距的叉排布置时,在两排孔中间以及小于10倍孔径的下游区域冷却效果最好。采用Realizableκ-ε模型对叶片前缘为复合角度射流孔、压力面和吸力面为单一角度孔的气膜冷却流场进行了数值模拟,比较了5排气膜孔和8排气膜孔(包括两种方案)在不同吹风比下的冷却效果,结果表明：随着吹风比的增加,各种孔排结构的冷却效果都有所提高,但5排气膜孔对叶片的冷却保护不够,8排气膜孔在叶片表面能形成连续的气膜保护层,8排孔方案1比方案2有更好的冷却效果。最后,采用大涡模型模拟了M=1.5时平板单圆孔垂直入射和叶片前缘为复合角度射流的气膜冷却流场,结果表明：在冷却孔附近存在着复杂的旋涡结构,射流对称面的正向涡、反向涡和垂直截面的马蹄形涡两翼交替、周期性地脱落,并且形成新的旋涡。前缘射流孔旋涡的脱落周期比下游射流孔旋涡脱落周期短。在压力面侧,反向涡旋对(CVP)的形成较吸力面早,压力面侧CVP的涡心位置更加远离叶片表面,从而影响了气膜保护的有效性。