自20世纪初问世以来，燃气轮机以其功率大、尺寸小、重量轻、可快速启动和加速等优点，广泛应用于航空、航海以及发电行业。由于燃气轮机技术涉及军民两用，发达国家出于政治、军事和经济因素，对我国进行严格技术封锁，所以设计高性能燃气轮机只能依靠我国相关工程技术人员走自主研发之路。燃烧室出口总温是衡量燃气轮机循环效率的重要指标，如今，高性能燃机燃烧室出口总温已远远超过材料的承受范围，高效燃气轮机高温部件冷却技术被各国列入研制高性能燃气轮机的关键技术。燃气轮机高压动叶承载了巨大的气动载荷和热载荷，工作环境十分恶劣，其冷却结构的设计是燃气轮机高温部件冷却技术的核心。本文以F级重型燃气轮机的第一级动叶为对象，使用ANSYS CFX对其工作状态进行数值模拟。通过对计算结果的研究，增强了对第一级动叶复合冷却结构的认识，细致的分析了第一级动叶冷却结构和冷却机理，指出了原型叶片存在表面温度偏高、冷气分布不均的内在原因，并提出在叶片表面添加热障涂层和蛇形通道去掉补气孔的冷却结构改型方案。在确立改型方案后，本文先对叶片表面添加热障涂层的改型方案进行数值计算，并将计算结果与原型对比，发现热障涂层外表面的温度升高，但热障涂层良好的隔热性能减少了主流高温燃气热量向内的传导，保护了涂层下叶片金属表面，使其温度降低。完成第一次改型计算后，本文对加涂层叶片的内冷通道进行了去掉补气孔的第二次改型，并将其数值模拟结果与第一次加涂层改型的数值结果对比发现，去掉补气孔后进入蛇形通道的冷气流量分配更加合理，叶片金属表面温度和最大温差进一步降低，达到了预期的冷却效果。考虑到难度和经济性，通常高压涡轮动叶的冷却试验都在静止状态下完成，这需要验证静态试验的可靠性。本文通过数值模拟对比静止和运动状态下的动叶气动性能和换热性能，研究了旋转对叶片冷却效果的影响。模拟结果显示，旋转条件下蛇形通道内的冷气在离心力、科氏力及他们衍生的浮升力的作用下，湍流度增大，换热能力提高。所以，如果在静止条件下动叶冷却的实验结果符合设计要求，那么在旋转条件下动叶的冷却结构能取得更为优良的冷却效果。