航空发动机中不断提升的涡轮叶片进口温度严重影响了叶片的安全高效运行,使得发展高效的冷却方式成为涡轮冷却研究的热点。气膜冷却作为隔绝主流高温燃气、保护叶片的有效手段备受关注。而在涡轮叶片实际运转状态下,旋转及间隙泄漏流等因素的综合作用使得叶片表面气膜冷却存在较强的三维非定常特征,因此开展间隙泄漏流干涉下气膜冷却特性研究对优化冷却结构设计具有重要意义。鉴于传统雷诺平均方法RANS计算精度较低,而大涡模拟方法LES计算资源需求较大的缺点,本文基于新开发的自适应湍流模拟方法SATES对跨音速涡轮叶片表面气膜冷却特性展开数值计算研究。通过对静止状态及旋转状态下带肋通道中流动特性的研究和对跨音速涡轮叶片传热特性的研究,验证了SATES方法在不同状态下对复杂湍流结构及传热特性的计算精度和可靠性。然后采用SATES方法及BSL k-ω模型对静止状态下间隙泄漏流的发展及其影响下气膜冷却特性进行数值计算。分析了表面曲率、吹风比对叶片表面气膜冷却特性的影响规律。发现涡轮叶栅通道中流动结构复杂,尾迹涡与泄漏涡在吸力侧尾缘相互影响;相比于叶片压力侧气膜的不稳定发展,吸力侧气膜则表现出良好的“贴壁性”,在叶片表面覆盖较广;受间隙泄漏流及表面曲率影响,压力侧气膜向叶顶方向发生偏转,叶片表面换热系数随着吹风比增大而增大,绝热气膜冷却效率随吹风比增大而减小;吸力侧气膜受间隙泄漏流影响较小,部分气膜的发展受到制约,叶片表面换热系数随吹风比增大而减小,绝热气膜冷却效率随吹风比增大而增大。另外,研究发现BSL k-ω模型分析静止状态下气膜冷却特性具有一定精度,但在解析复杂非定常湍流结构方面存在不足。接着采用SATES方法与BSL k-ω模型对旋转状态下间隙泄漏流的发展及其影响下涡轮叶片吸力侧气膜冷却特性展开研究,分析了不同转速、及不同吹风比变量对气膜冷却特性的影响。结果表明转速的增加加剧了叶片尾缘湍流结构的不稳定性,泄漏流及叶片表面气膜均受到影响,气膜孔下游区域换热系数随转速增加而增大,气膜覆盖性较差;在低转速下,吹风比的增加会使叶片表面换热系数略有减小,绝热气膜冷却效率增大;在高转速下,吹风比变化对通道中流动结构扰动较大,但叶片表面换热系数与气膜冷却效率变化不大。最后,通过粒子图像测速系统PIV对不同位置气膜冷却主次流掺混特性展开试验研究,初步分析了不同气膜孔位置、不同来流条件对间隙泄漏流及气膜孔射流的影响,并将SATES方法所得计算结果与试验结果进行对比分析,验证SATES方法的可靠性,为SATES方法广泛应用于涡轮叶片流动传热计算奠定基础。