提高透平燃气入口温度可以有效提升燃气轮机效率,但是叶片材料耐高温性能的发展远远跟不上当今透平入口温度提升的需求,因此发展更先进的冷却技术迫在眉睫。气膜冷却作为现代涡轮部件的主要热防护方式之一,研究其在透平叶栅中的流动和传热特性,可以帮助设计人员更好地优化现有冷却技术。在真实透平运行工况下,高温、高压、高旋转、高湍度的条件使得关于真实透平的实验研究困难重重。实验室研究人员通常采取简化的线性叶栅实验或在苛刻条件下采用数值模拟的方法对透平展开研究。本文将使用三种湍流模型对实验中的简化方式进行数值验证,并对复杂气膜冷却的真实静子叶栅中流-固耦合气动和换热特性进行研究。本文的数值模拟是采用商业软件SolidWorks 2014进行建模,然后导入Ansys ICEM 15.0中划分网格,使用Ansys Fluent 15.0进行数值计算,最后应用流体力学视觉化软件Tecplot 360 2013 R1、Excel 2012等软件进行数据后处理。主要研究内容聚焦在以下三个方面：(1)应用Realizable k-ε、SST k-ω和V2-F湍流模型,模拟了室温室压条件下,线性平面透平叶栅双通道水洞实验中的流动特性。分别使用这三种湍流模型,验证了线性叶栅试验中沿翼展中截面的流动对称性简化和使用双通道模拟真实的流动周期性是可行的；研究了前缘及叶栅入口通道中的二次流变化,通过与实验数据对比,发现V2-F模型能够完整的预测出各个截面上的二次流特征,并很好的反映压力侧马蹄涡在向下游流动时逐渐偏移向吸力侧的过程。(2)使用V2-F湍流模型,分别研究了流体工质为不可压缩的水和可压缩的理想气体两种工况下,采用轴向旋转角度约为7.826°周期性边界条件的环形叶栅单通道和采用线性周期性条件的平面叶栅单通道中的静压分布。在这两种工况下,分别比较了环形叶栅和线性叶栅中沿轴向顺流方向和翼展高度方向上压力变化的差异；指出将环形叶栅简化为线性叶栅时,可接受的压力相对误差(≤5%)的分布区域,为线性简化后提供了合理的研究区域；最后分别展示了环形叶栅与线性叶栅中前缘及入口通道中的二次流变化特征。(3)采用Realizable k-ε、SST k-ω和V2-F湍流模型,引入流-固耦合的分析方法,研究了实验条件下的带有复杂气膜冷却装置的真实环形叶栅中的气动和传热特性。分别比较了不同湍流模型预测的静叶外表面静压分布、通道中的总压损失、叶片外表面换热系数及气膜冷却效率分布；并研究了主流入口与出口总压压比变化对流动和传热特性的影响；还对比了耦合传热及绝热壁面条件下的气膜冷却效率,指出叶片热传导性在气膜冷却中的作用。