先进燃气轮机是未来清洁高效能源动力系统的核心动力设备。随着燃机性能不断提高以及污染排放限制越来越严格，燃气轮机燃烧室和透平面临更加严峻的挑战。先进燃机燃烧室和透平结构非常紧凑，流动传热现象复杂，燃烧室与透平的交互作用效应非常突出。交互作用的因素包括湍流、热斑、尾迹、旋流、辐射等。其中，旋流和辐射是交互作用的主导特征。本文主要研究旋流和辐射因素下燃烧室与静叶气膜冷却系统的交互作用。本文在高温平板气膜冷却耦合换热机理实验台上进行了实验研究，研究了对流/导热/辐射条件下高温平板气膜冷却系统的多场耦合换热机理。针对带内部冷却结构的静叶的对流/导热/辐射耦合换热特征，开展辐射多参数影响机制的数值研究。结果表明：辐射可使静叶表面温度升高20-40K。不同的辐射参数对叶片表面热负荷分布影响不同：进口辐射主要影响静叶前缘和压力面，对其温度分布影响比较明显；而燃气辐射既有辐射吸收作用亦有发射作用，传热机制复杂；金属发射率升高，叶片表面温度升高；出口辐射仅对吸力面尾缘部分有影响但有限。针对全气膜冷却静叶进行了对流/导热/辐射耦合传热计算，结果表明：辐射会引起静叶表面局部温度升高50K。本文为研究燃烧室旋流流场及其与静叶气膜冷却交互作用，搭建了单旋流及模拟前缘实验台、多旋流及全气膜冷却静叶实验台，针对单旋流和多旋流流场与静叶气膜冷却交互作用进行实验研究，测量了旋流流场特性及气膜冷却效率。结合数值手段分析单旋流和多旋流下游流场特性，并对多旋流组合方案中的旋流交互作用机制以及整体流动特征进行研究。多旋流流场实验测量表明：同向和反向两种多旋流组合在燃烧室出口偏航角度均高于20度，能够对透平静叶产生明显影响。单旋流及模拟前缘实验中的气膜冷却效率测量结果：旋流流场特性对气膜冷却效率影响复杂。多旋流及静叶实验中气膜冷却效率结果表明：旋流明显改变静叶表面流场特性，从而改变叶片气膜冷却效率分布；静叶前缘和吸力面受旋流影响比较明显，局部会出现冷却空气无法喷射形成冷气覆盖的情况，在真实的燃机工况中静叶会被烧蚀。因此，在进行静叶冷却系统设计时，需要考虑旋流因素。