气膜冷却是航空燃气涡轮发动机热端部件冷却的重要手段之一。异形孔的创新和应用能够同时改善流向和展向的气膜覆盖，使叶片获得更好的冷却均匀性。浅槽型或浅窝型气膜孔是一种典型的异型孔结构，可以利用热障涂层的涂覆过程制备而成，更易于实现工程应用；浅槽结构还可以集成扇形或复合角喷吹等形状相对简单的气膜孔型，具有进一步提升冷却能力的潜力。本文采用大涡模拟方法，针对平板及叶栅主流环境下浅槽孔气膜冷却流动传热机理开展研究，具体研究内容如下：
　　首先，针对平板浅槽孔气膜冷却展开红外测温及粒子图像测速实验。红外测温实验结果表明，低吹风比下圆孔下游壁面有较好的冷气覆盖，但随着吹风比的增加，气膜射流穿透能力增强，冷气覆壁性能变差；与圆孔相比，浅槽孔对冷气覆壁性能有一定的改善作用，在高吹风比下尤为明显。基于粒子图像测速获得了气膜孔下游展向截面及中心面的流场分布特征，发现肾形涡对在浅槽作用下均得到抑制。在实验的基础上建立了平板浅槽孔气膜冷却的大涡模拟计算模型，并基于实验结果对计算模型进行了验证，结果表明大涡模拟方法能够很好地预测气膜射流与主流的相干特征。
　　其次，针对典型吹风比下平板主流与横向槽、浅窝型槽及W型槽气膜孔射流相干流场及温度场进行大涡模拟计算，研究浅槽孔气膜冷却流动传热的时均和瞬时特征。结果表明，圆孔下游的展向截面出现了肾形涡对和马蹄涡；横向槽和浅窝型槽下游同时出现了肾形涡对和反肾形涡对，而在W型槽下游仅出现了反肾形涡对。发卡涡是气膜冷却重要的拟序结构，其头部、竖直涡腿和水平涡腿分别对应了射流剪切层涡、垂直尾迹涡及肾形涡对；由于横向槽和W型槽的强展向导流作用，其下游出现了“发卡涡森林”现象。圆孔下游展向截面的湍动能集中在射流中心区域，并且沿流向迅速衰减；而横向槽和 W 型槽在展向两侧也呈现高湍动能，尤其是 W型槽，其两侧的湍动能高于中心区域；浅窝型槽下游中心线位置的湍动能与横向槽接近，而两侧的湍动能低于横向槽，表明其反肾形涡对流场的逆向卷吸能力弱于横向槽和W型槽。
　　最后，针对NASA-C3X型叶栅横向槽气膜冷却开展大涡模拟研究，揭示叶栅主流环境下气膜冷却流动传热的非定常特征。研究结果表明，由于吸力面喉部后的强逆压梯度影响，叶栅主流在达到吸力面侧气膜孔之前便已发展成旺盛的湍流状态，气膜冷却流场中小尺度涡旋占主导作用；而压力面侧，主流在到达气膜孔前仍能维持层流状态，气膜冷却流场中出现了明显的发卡涡、马蹄涡等大尺度拟序结构；由于主流的强湍流脉动，吸力面气膜孔下游除射流中心位置外，其余区域湍动能分布较压力面均匀，但对于高吹风比的横向槽气膜冷却而言，由于反肾形涡对的强逆向卷吸，在展向两侧仍然能观察到明显的高湍动能区；压力脉动信号的频谱分析表明吸力面气膜冷却周期性弱于压力面，更多呈现随机特征。