燃气轮机是重要的能源动力装备,具有高效、清洁的特点。随着燃气轮机的发展,一级静叶透平端壁区域面临着气动和冷却两方面的挑战。在气动方面,造型端壁结构可以有效减小通道气动损失,而适用于一级静叶的造型端壁结构包括轴对称端壁和非轴对称端壁;在冷却方面,端壁区域的冷却是一级静叶冷却的难点,而端壁造型调整又会改变端壁的冷却特性。因而,为了获得更好的气动和冷却效果,需要深入理解造型端壁通道内的气动和冷却特性。本文在燃气轮机一级静叶端壁区域研究了端壁造型对于通道气动特性和端壁冷却特性的影响。轴对称端壁结构在通道二维设计的子午流面上收缩或扩张,对于端壁附近流体具有整体的加速或减速效果,本文建立了造型端壁形状优化平台,发展了轴对称端壁气动优化方法,在优化了的轴对称端壁通道中研究了通道上游冷气射流对于端壁冷却特性和通道气动特性的影响,并对比了轴对称端壁通道和原型端壁通道内的端壁气膜冷却特性。在轴对称端壁通道内发现存在一个较优的缝隙泄漏流冷却冷气流量范围,在这个范围内,冷却效率高,气动损失低;发现了动量比可以较好地描述不同轴对称端壁之间的冷却特征,这是因为相同动量比取值时,在滞止面上冷气与主流的相互作用特征相似。非轴对称端壁结构在通道三维设计的通道内局部凸起或凹陷,对通道内流动和换热特征产生局部影响,本文首先基于造型端壁形状优化平台发展了非轴对称端壁多目标优化方法,结合全局敏感性分析发现了非轴对称端壁通过改变流向加速作用改变通道气动特征、通过改变通道当地流速调整端壁表面换热特性的机制;设计搭建了非轴对称端壁环形叶栅气膜冷却实验台,基于压力敏感漆实验测量方法和数值模拟方法,归纳了非轴对称端壁对于通道内不同位置离散孔气膜冷却的影响规律,提出了流向加速作用是改变离散孔气膜冷却特性的重要因素。在更接近真实燃机条件的带模拟燃烧室出口条件的轴对称端壁通道内获得了与通道涡旋向相反的的动量梯度涡结构和冲击涡结构,得到了在整个端壁表面与叶片压力面和吸力面上的端壁冷却效果;通过对比不同冷却结构布置下通道内的流场和温度场,揭示了气膜射流与主流中动量梯度涡结构、冲击涡结构、通道涡结构的相互作用机制。本文在一级静叶端壁区域研究端壁造型对于通道气动特性和端壁冷却特性的影响,为端壁区域气动特性和冷却效率的双重优化打下了基础。