燃气轮机是一种热效率高、污染物排放低的动力设备,在航空推进、地面发电等工业领域得到了广泛应用。提高燃气轮机进口温度的主要目的是为了获得更高的热效率和功率输出,但不可避免会给燃气轮机热端部件的保护带来巨大挑战。气膜冷却已经广泛应用于燃气轮机热端部件的保护。影响气膜冷却效果的因素可以分为几何参数（孔径、孔长和入射角度等）和气动参数（吹风比、密度比和湍流强度等）两大类。如何快速、准确地得到不同因素对气膜冷却效果的影响规律是至关重要的。本文创新性的将田口方法引入气膜冷却领域,首先使用该方法对双排气膜孔几何参数进行了优化设计,找到了双排气膜孔最佳参数组合,即:上游气膜孔具有入射角45°、方位角60°以及下游气膜孔具有入射角75°、方位角-60°的组合,最优冷却方案在冷却壁面上获得的整体平均气膜冷却效率为0.27。孔型结构对气膜冷却效率有重要的影响。本文使用实验分析和数值模拟相结合的方法,研究了三种具有恒定出口面积的孔型结构（圆锥孔、扇形孔和组合孔）对气膜冷却效果的影响,研究发现组合孔两侧的小孔可以有效地抑制肾型涡的生成,对壁面冷却效果的改善最好,且随着吹风比的增加改善效果越明显。扇形孔和圆锥孔对气膜冷却效率的改善效果差不多。复杂的气膜孔结构虽然能有效地改善气膜冷却效率,但实际难以加工,无法真正投入使用。为此,提出了利用反向喷射孔来改善冷却效果的方法。此外,还将反向喷射孔和正向喷射孔这两种孔型配置结合在一起,以交错的方式布置在平板上,设计了三种不同组合方式的孔板结构。研究发现从反向喷射孔喷出的冷却气流出口动量较小,靠近壁面的速度边界层较薄,在纵截面形成的肾型涡强度也较弱,这些因素有利于改善气膜冷却效果。在吹风比为2.0时,孔长为2.5D、倾角为35°的反向喷射孔获得的气膜冷却效果最佳。入射角度是影响反向喷射孔气膜冷却效果最大的参数。在平板中间区域开设正向喷射孔,横向气膜冷却效率会形成一个“三角”分布,这不利于获得均匀的气膜冷却效率。在平板上全部布置反向喷射孔,可以最大程度的降低壁面温度,冷却壁面也可以获得更加均匀的温度分布。