随着涡轮机进口温度不断提高、燃气轮机压比的不断提升、级焓降和叶片负荷不断提高,通过优化冷气喷射及冷却系统的改进,实现有效降低叶片表面温度和提高气动效率,是目前气冷涡轮设计研究过程中的重要内容。为了优化涡轮叶片设计方法,提高设计效率,结合计算机仿真模拟技术,需要从叶片及流道的结构和传热设计方面开发简捷高效的设计平台,本文从以下方面开展了研究。(1)研究基于三维非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Spline简称NURBS)曲面的涡轮流道及叶型曲面的参数化生成方法,编制通用的叶型曲面生成程序。NURBS曲面的表达的叶型流道构型方法更为简捷直观;(2)研究应用于NURBS曲面的修型方法,对叶型任意部位进行可控大小可控范围的法向局部扩大收缩。编制了通用NURBS曲面修型程序;(3)通过已编制的MATLAB程序实现三维局部大扩张(收缩)端壁、叶片局部凹凸坑、非轴对称端壁以及吸力面扩压区反曲率等典型改善叶栅流动技术的几何建模,并通过参数化控制点自由调整局部几何外型;(4)使用MATLAB软件对叶型及流道直接进行几何建模以及自动网格生成,使用CFX软件进行后处理工作,对基于NURBS曲面生成的典型方案进行流场分析,掌握利用CFX进行涡轮叶片设计和研究的基本流程;(5)使用NURBS技术编制五控制点控制一条型线的程序,对某静叶滞止线附近的冷却孔进行弦向位置改变,通过正交试验总结出气膜孔优化方法,进行局部处温度云分布观察,对生成的典型方案及叶型冷却孔处位置改变对损失的影响进行机理分析,使气热耦合效率最大化,总结出具有优良气热耦合效率的方案;(6)本课题对HTC涡轮叶片(7列)冷却结构的优化设计方法进行了研究,其设计关键在于第一级涡轮叶片,进行端壁冷气的全三维冷气热耦合设计以及把握端壁冷气对叶片近端壁附件的冷却。