先进燃气轮机叶片冷却技术可使燃气轮机承受更高的涡轮进口燃气温度,提高燃气轮机的比功率与热效率。作为叶片上热负荷最高的区域,叶片前缘直接面对高温燃气来流冲击,受各种因素相互作用,其传热和流动极为复杂,一直是研究者们关注的焦点和难点。为详细了解复合冷却下叶片前缘区域的流动与传热特性,更好服务于工程实际,本文采用实验研究和数值模拟相结合的方法进行了系统研究。以涡轮叶片前缘复合冷却为应用背景,建立了涡轮叶片复合冷却实验台,测量了涡轮叶片前缘内外壁面温度分布,进而得到复合冷却效率。详细研究了不同主流雷诺数、吹风比、温比等对涡轮叶片前缘传热特性的影响规律,复合冷却效率被作为衡量不同条件下冷却性能优劣的重要参数。采用FLUENT软件数值模拟了涡轮叶片前缘复合冷却的流动和传热特性。数值模拟与实验结果吻合良好,较好反应了复合冷却过程中叶片前缘的流动与传热特性及各因素对冷却效果的影响规律。研究结果表明,吹风比是影响涡轮叶片冷却效率的重要因素,吹风比越大,冷却效率越高。主流雷诺数对冷却效率的影响不大,但总体表现为主流雷诺数愈大冷却效率愈高。冷却效率随温比(Tg/Tc)的增大而减小。