提高透平燃气入口温度是改善航空发动机性能和提高其经济性的重要途径,目前透平入口温度已远远超过当前可用材料耐热性能的极限。为了保证燃气透平高温部件的可靠运行及合理寿命,必须采取有效的冷却措施。近年来,作为透平叶栅重要组成部分的叶栅端壁冷却受到了广泛的关注。一方面,由于端壁附近复杂二次流的存在使得该区域通常难以有效利用气膜冷却,另一方面,冷气出流与通道内主流及二次流的相互作用对端壁区域的流动和换热规律产生强烈的影响。因此,本文研究叶栅端壁冷却相关的流动和换热规律具有一定的挑战意义。主要工作有：(1)在低速循环水洞中,利用自制的TRPIV测量系统,实现了无气膜出流时线性叶栅端壁流场的细致测量。在测得速度场的基础上进行统计分析,得到了各测量截面时均速度场、流线涡量和采样点功率频谱图。通过对二次流时均和瞬态特性的分析,清楚地展示了叶栅端壁二次流的演变过程。(2)在叶片前缘上游端壁布置不同几何结构的气膜孔,并分别利用TRPIV、 PLIF技术测量和演示了端壁二次流和冷气浓度分布,研究了端壁气膜出流对二次流特性的影响。通过比较圆形孔、窄缝孔以及不同结构窄缝孔出流与二次流的相互作用,揭示了前缘端壁不同结构孔型气膜冷却作用的本质。(3)通过电加热风洞模拟涡轮叶栅端壁高温工作环境,并利用红外热像技术对前缘上游端壁冷却特性进行了传热实验研究。通过对主流雷诺数及温度、冷热气流吹风比及温度比、冷气出流角以及不同冷却结构等方面的定性和定量分析,总结了叶栅前缘上游端壁的冷却特性。主要创新点：(1)过去的时平均测量方法很容易忽略端壁二次流非稳定特征,本文通过自制的高时间分辨率TRPIV系统不仅记录了流场时均特性,而且还捕捉到二次流瞬态特征,这些瞬态特征丰富了对端壁二次流规律的理解。(2)马蹄涡的非定常运动会引起叶片前缘端壁非常高的传热效率,导致端壁极易被烧毁。本文提出前缘上游端壁布置窄缝气膜孔的思想,利用端壁冷气出流来抑制前缘马蹄涡的形成,削弱二次流的不利影响,同时起到冷却端壁的作用。(3)过去研究叶栅端壁传热时,常以壁面绝热假设为前提,利用陶瓷、玻璃等低导热材料,在低温环境下研究端壁换热特性,而本文实验件采用耐高温材料制造,并在高温热风洞中模拟涡轮工作环境进行实验,测量数据更具有参考价值。