随着透平温度的不断提高使得燃气轮机的热部件必须得到冷却，气膜冷却是其中一种重要的冷却手段。本文建立平板气膜冷却和叶栅气膜冷却实验测量系统，采用了压力敏感漆的方法测量气膜冷却效率。为掌握气膜冷却机理,测量了多种流动和几何因素影响下的气膜冷却特性。对某重型燃机一级静叶气膜孔流量系数、气膜冷却效率等，验证了气膜冷却计算方法，为叶片冷却设计提供依据。通过平板气膜冷却研究扇形孔、扇形后倾孔、双射流等不同孔型对气膜冷却的影响，完成了气膜冷却效率测量和数值模拟结果对比，扇形孔的冷却效率能极大增强冷却效率。双射流孔由于两孔交互作用增加了冷却效率，但是冷却效率比扇形孔低。提出了带横槽45°复合角气膜冷却的结构，并通过实验和数值方法证明其具有较高冷却效率；同时研究不同吹风比、密度比、主流雷诺数等参数对气膜冷却的影响。平面静叶栅气膜冷却研究中，对比研究了叶片前缘、压力面、吸力面圆孔和扇形孔气膜冷却效率的影响；对某F级重型燃气轮机第一级静叶表面13排气膜冷却进行了实验研究，该叶片为前缘5排圆孔、压力面4排圆孔、吸力面四排扇形孔，测量了气膜冷却孔的气膜冷却效率和射流系数，分析了叶片各排气膜冷却孔流量分布特点和不同密度比下的气膜冷却特性。开展了带气膜冷却静叶的全三维流场、温度场和冷却效率的数值模拟，计算结果与实验进行了对比。最后本文对某型燃气轮机叶顶形状进行设计，提出四种不同的方案。针对所提出的方案，采用数值模拟的方法进行对比分析。通过考查叶顶泄漏流量、传热系数分布、冷却效率等，最终达到减小泄漏流量、提高叶顶冷却效果的目的，两排冷却孔的双齿槽叶顶有综合更好的效果。