气膜冷却技术对燃气轮机的发展至关重要,但直接研究涡轮叶片上的气膜冷却问题比较复杂。本文将问题简化,直接对平板壁面射流气膜冷却进行了数值模拟研究。采用开源软件OpenFOAM中pisoFoam求解器以及RANS和大涡模拟数值方法。主要内容包括以下几个方面：首先对所使用的数值模型进行了推导分析介绍。然后对pisoFoam求解器进行了验证。通过对平面槽道流动和后台阶流动的数值模拟,证明了应用pisoFoam求解器可以得到与实验数据非常接近的数值解。另外,对pisoFoam求解器进行了修改编译、添加了温度方程,重命名为new_pisoFoam。通过分析温度场数据,证明了本文中自行添加的温度方程是可依赖的。最后应用new_pisoFoam求解器对平板壁面射流气膜冷却算例分别进行了RANS和大涡数值模拟。其中RANS模拟应用了Launder-Sharma低雷诺数两方程模型；大涡模拟选用了Smagorinsky涡粘模型和自行编译的动态Smagorinsky涡粘模型。通过对计算结果和实验数据的对比分析,本文得到以下结论：应用RANS方法得到的数值解和实验数据基本吻合。但RANS无法提供瞬时的湍动信息,因此不能给出更为详细的流场信息。而应用大涡模拟得到的三维数值解,在速度、脉动速度、剪切应力方面与实验值吻合地非常好。尤其是动态Smagorinsky涡粘模型给出了较为精确地壁面附近的流场信息。但是LES方法得到的壁面冷却效率不如RANS结果好,这主要因为添加的温度方程不适用于LES方法,与LES方法亚格子模型对温度的处理不符。另外基于OpenFOAM的开源性及可并行性,用户可以根据具体需求对求解器进行修改编译以满足计算需求,在计算资源充足的条件下,利用并行计算进行大涡模拟可以在较短时间内得到充分发展湍流场,而且大涡模拟结果往往更接近实验数据,更具有理论分析价值。