涡轮外环位于发动机涡轮机匣和涡轮叶片之间,起到保护发动机机匣免受高温流场侵蚀和减少泄漏流动的作用。外环结构和附近燃气流动特点决定了外环表面既有复合角射流,又有逆向射流气膜冷却。有关气膜孔角度的研究局限于气膜孔小转角或单纯逆向射流,与涡轮外环对应的大转角射流气膜冷却未见报道。复合角气膜冷却特性的研究可以为优化涡轮外环圆柱孔射流气膜冷却设计提供数据支撑。为探讨气膜孔角度对圆柱孔气膜冷却特性的影响,数值模拟分析了射流角为15°、45°和75°,转角分别为0°、60°、120°和180°圆柱孔在不同吹风比的气膜冷却效率。结果表明:三种射流角中,射流角15°具有最佳的气膜冷却效率和展向覆盖面积,其中60°转角具有最高的展向平均气膜冷却效率。三种射流角下,转角180°结构都随着吹风比的增加,冷气展向覆盖范围增加,气膜冷却效率提高。转角0°结构随着吹风比的增加,冷气展向覆盖范围减少,气膜冷却效率降低。射流角75°结构下,转角对气膜冷却效率的影响较小,漩涡结构明显,容易使冷气脱离壁面;转角180°结构具有最稳定的气膜冷却效率,三种吹风比下展向平均气膜冷却效率差异在10%以内。为提高涡轮外环气膜冷却效率,在孔槽结构基础上提出圆孔-半椭圆槽结构。为揭示圆孔-半椭圆槽结构强化冷却的机理,数值模拟研究了圆孔-半椭圆型槽组合结构下游流场、温度场及气膜冷却效率。分析了不同吹风比下半椭圆槽深度对气膜冷却特性的影响。结果表明:吹风比0.5和1.5时,和锯齿槽相比,半椭圆槽更容易形成反向对漩涡,半椭圆槽展向平均气膜冷却效率提高5%-119%。随着半椭圆槽深度的增加,孔间区域的气膜冷却效率提高,展向气膜冷却效率分布更均匀。吹风比0.5时,槽深度对半椭圆槽展向平均气膜冷却效率的影响很小,三种槽深的差距在15%以内。吹风比1.5时,半椭圆槽深度为0.5倍孔径的展向平均气膜冷却效率最佳,分别比槽深度为0.25倍和0.75倍孔径的半椭圆槽高55%-107%和2%-16%。