燃气轮机作为热力能源设备,在电力,航空和舰船领域都有着不可替代的作用。而燃烧室的冷却,严重影响着燃气轮机的工作性能和寿命。燃气轮机向着高温、高效、低污染的趋势发展,同时对燃烧室的冷却也提出了新的挑战。燃气轮机燃烧室体积较大,流动换热特性沿程变化剧烈,分布规律复杂,使得单一冷却结构难以满足其冷却要求,因此其冷却结构包含多种冷却形式,包括气膜冷却、冲击冷却、肋化通道等几种高效冷却方式。为了使不同冷却结构之间形成优化配置,充分发挥其冷却特点,有必要对不同冷却结构的综合冷却效果进行研究。论文首先基于燃烧室实际结构,综合分析了多种冷却形式共存条件下,不同冷却结构的换热特点,确定了其气动热力参数,为下一步典型冷却结构的针对性研究提供了必需的边界条件。本文基于燃烧室实际弯折双层壁结构,设计了冲击冷却方式,通过数值模拟分析了带有横流条件下的弯曲靶面冲击冷却的流动换热特性。在相同的气动条件下,揭示了冲击间距,冲击孔排布以及冲击孔径对流动与换热特性的影响规律;总结了错排阵列冲击冷却特性关于典型几何、气动参数的关系式;开发了阵列射流冲击弯曲靶面的流动换热计算程序,为燃烧室设计初期的火焰筒壁温分布预测提供了有效工具。进一步针对火焰筒平直段肋化通道冷却结构,在受限几何空间范围内,基于燃机燃烧室特定的气动热力条件,设计了不同肋片高度、宽度以及排布方式模型,数值仿真研究了单侧带横肋通道中,几何参数对肋化通道的换热性能及流动阻力损失的变化规律,为肋化通道冷却结构传热预估程序的开发提供设计基础。在单项冷却技术研究的基础上,选择其中冷却效果最好的结构应用于燃烧室环境,验证了其流动与换热特性,证明其一定程度上提高了燃气轮机壁面冷却特性。