随着航空燃气涡轮发动机的迅速发展，发动机热效率和推重比的不断提高，所需涡轮进口燃气温度也不断升高。涡轮叶片之所以能够在严酷的环境下稳定工作，得益于新材料和新工艺的发展，同时离不开高效的强化冷却技术。涡轮叶片尾缘热负荷高，且受气动性能要求，设计结构薄，内冷空间有限。因此，涡轮叶片尾缘冷却成为叶片冷却设计的难题之一。现阶段通常采用扰流柱或交叉肋进行强化换热，同时，基础冷却结构的优化及新型冷却结构的探索也在不断进行中。基于上述背景，本文主要将一种新型的冷却方式——旋流冷却应用到叶片尾缘中，分析其冷却机理和效果。首先将叶片尾缘部分简化成等腰梯形，设计三种不同的旋流冷却结构，利用Fluent软件进行数值模拟，对其梯形通道内的流动换热特性进行对比，并改变旋流结构参数，分析其对流动换热的影响规律。结果表明：旋流腔的结构和冷却气流的进流布置对旋流冷却性能的影响很大，射流从一侧流入旋流腔的旋流结构不仅在流向截面产生涡旋，在展向截面也会产生涡旋，从而可以有效强化通道内的对流换热；雷诺数增大、旋流腔截面积增大均有利于综合强化换热能力的提高；旋流腔不变，要使旋流结构综合冷却性能最好，射流孔孔径和孔间距存在一个最佳值；相对于各腔射流孔顺排，射流孔错排利于流体沿展向的对流换热和冷却效果更为均匀，且射流孔倾角为0°时，通道冷却效果最好。其次，将旋流冷却结构应用于实际涡轮叶片上，在叶片尾缘设计六种不同旋向组合的旋流结构，对叶栅通道和叶片尾缘内部流动和换热特性进行研究分析，并与常规的凸台扰流柱冷却结构进行对比；在此基础上针对典型结构进行尾缘半劈缝处理并研究其冷却性能。结果表明：相比凸台扰流柱结构，旋流结构能加强换热，冷却效果更好更均匀，但流阻增大，在一定冷气进口压力下，冷气流量大为减小；其中旋流结构-C的综合冷却效果最好；半劈缝设计可以减小通道流阻，避免叶片压力面端部高温，但会使吸力面侧的尾端温度升高；半劈缝结构-C2可以改善尾缘劈缝的气膜冷却效果，叶片尾缘整体冷却效果相对最佳。