在科技迅猛发展的背景下,燃气轮机的性能逐渐提升。燃气轮机的工作效率是评判其性能的关键指标,提高入口工质的温度能够提升燃气轮机的效率,然而进口温度现已远超涡轮叶片材料所能承受的最高温度,因此出现多种冷却手段,气膜冷却便是一种。涡轮做功时,使用气膜冷却对第一级动静叶叶片进行保护,但冷却流体势必会对主流流动造成影响。动叶的高速转动决定了这种运动是高度非定常的,而此种非定常特性会加剧动静干涉下流场的复杂程度。上游静叶尾迹的传输是导致不稳定流的关键因素之一,尾迹使自由流带有不稳定的速度、温度,继而影响到下游动叶通道冷却流场的分布及动叶片表面热量的传递,由此可见,探究非定常尾迹对叶片冷却系统的设计以及改善具有重要意义。本文采用数值模拟的研究方法,探究带气冷结构的静叶尾迹对下游动叶流场及传热的影响,为涡轮的优化设计建立一个参考依据。利用CFX商用软件并结合k-ω湍流模型进行非定常数值模拟计算。首先,研究动静干涉下静叶尾迹对动叶传热以及流动特性的影响,从温度场和涡量场出发,得到了尾迹对下游动叶片表面的作用规律。结果表明:尾迹在吸力面侧的发展和衰退早于压力面,且相邻周期间的尾迹会相互影响,前一个周期压力面侧尾迹会对后一个周期吸力面侧尾迹产生影响。在尾迹作用下,压力面传热系数的分布较吸力面更均匀。叶顶、叶中、叶根截面处传热系数峰值点对应的轴向位置不同,三种叶高在前缘位置处的传热系数较大,通过前缘后传热系数减小。第二个传热峰值出现在吸力面滞止区与尾缘滞止线之间,叶顶泄漏涡与尾迹相互作用会促进传热。前缘位置附近,尾迹在3/4T时刻与前缘通道涡反应完全,此后,尾迹不足以克服通道涡,通道内涡量增多。其次,探究转速、质量流量比、主流湍流度影响下静叶尾迹对动叶的传热规律,并进行机理分析。从传热角度分析了尾迹对动叶表面冷却效率、温度、传热系数以及努塞尔数的影响。从流动特性角度探讨了尾迹作用下动叶截面涡量分布、动叶通道内Q准则、动静交界面处涡量分布以及动叶表面湍动能随时间的变化。结果显示:转速在7500rpm到8000rpm之间,动叶表面对流传热效果随转速的增大而增强,且通道内涡量从叶根向叶顶生成。转速在8000rpm到8500rpm之间,随转速增加,尾迹对涡对的抑制作用减弱,通道内涡量增大,且集中分布在叶中部分,使得传热效果变差;质量流量比在2.1%和2.7%之间,随质量流量比增大,尾迹对冷却流体的促进作用增强,冷却效率提升,动叶通道内涡量增多,传热效果下降。质量流量比在2.7%和3.1%之间,随质量流量比增大,冷却效率下降,涡量减少,传热系数增大。1%主流湍流度工况下主流与冷却气体掺混较弱,动叶通道反向涡对强度弱,传热系数较大。5%主流湍流度工况下动叶表面扰动剧烈,涡量对强度大,尾迹作用弱,传热系数小。10%主流湍流度工况下,主流湍动度较大,不利于主流与冷却气体充分掺混,动叶通道内涡量对强度较弱,尾迹的涡抑制作用增强,传热系数较大。最后,建立三因素三水平的9种正交模拟方案,对比分析三种因素共同作用对下游动叶片表面平均冷却效率的影响,确定最佳冷却方案。结果显示:三种因素对动叶表面冷却效率影响的主次关系为:质量流量比＞转速＞主流湍流度。影响因素的共同作用会对动叶通道内流动状态产生影响。因此,合理的参数设置对提高燃气轮机气动性能有很大帮助。