一直以来燃气轮机产业受到各国的广泛重视,我国在燃气轮机技术上相对落后,在关键技术上又受到欧美技术领先国家的封锁,长期依赖进口国外产品,随着国内对燃气轮机需求的不断增加,必须独立自主的发展属于我们自己的燃机工业。燃气轮机热端部件的热防护是燃气轮机核心技术之一,随着涡轮前燃气温度的不断提高,已远远超过了材料的可承受能力,必须采用合理的防护措施以保证涡轮正常工作。传统的涡轮叶片冷却技术包括气膜冷却、冲击冷却和肋柱扰流等,现代燃气涡轮叶片多采用复合式的冷却方式。本文的主要工作是采用气热耦合的方式对某F级重型燃机一级导叶进行数值模拟计算,根据计算结果研究影响复合式冷却结构冷却效果的影响因素,对叶片冷却结构的设计进行改进,提高整体冷却效率,降低损失。本文原型叶片结构复杂包括了气膜冷却、冲击冷却、肋柱扰流和尾缘劈缝等冷却结构,首先通过对原型叶片的冷却效果分析采取了对梯形气膜孔改型的方式达到了改善气膜冷却效果的目的;然后加入端壁冷却结构,研究了端壁冷却与叶片冷却的联系,对带端壁冷却叶片存在的问题进行分析,采取了增大气膜孔截面积、增加端壁冷气通道和添加不均匀入口条件等方式,并对各条件改变对冷却效果和流动的影响进行了分析。通过对不带端壁和带端壁叶片的改型和多次计算,最终定型的叶片在冷却效果上达到了叶片表面温度低于1200K的要求,相比原型及历次改型叶片能量损失也较低。本文的研究工作为某F级重型燃机的涡轮一级导叶的设计打下了良好的基础,后续可在此研究基础上对端壁冷却、气膜孔优化和减小损失等方面进行深入研究。