燃气轮机广泛应用与发电、航空航天等领域，对国家的经济发展和国防建设有着越来越重要的作用。小型燃气轮机作为燃气轮机的一种，主要应用于飞机发动机或巡航导弹中，它往往是由常规尺寸的燃气轮机缩比制造而成，这导致了其性能降低，其中最显著的表现是它的涡轮进口温度较常规尺寸的燃气轮机要低。为了提高小型燃气轮机的性能，必须采用先进的冷却技术对其热端部件进行有效的冷却使其适应更高的涡轮进口温度。　　本文围绕小型燃气轮机中的小尺寸涡轮叶片冷却结构设计和内部微小通道换热特性开展研究，主要内容包括以下几部分:首先对国内外涡轮叶片冷却技术的研究进展进行了分析，归纳了可应用于小尺寸涡轮叶片的冷却结构;然后运用流固耦合传热数值模拟计算的方法研究了基准无冷却小尺寸涡轮叶片的流动和换热特性，提出了符合设计原则的叶片内部冷却结构;然后对造成旋流冲击式小尺寸叶片吸力面局部高温区产生原因进行研究;最后对旋流冲击式小尺寸叶片吸力面高温区域的强化换热技术进行了研究。　　在设计小尺寸涡轮叶片冷却结构时，分别研究了针对叶片前缘设计的常规冲击冷却结构、压力侧旋流冲击冷却结构和吸力侧旋流冲击冷却结构的冷却效果，结果表明:吸力侧旋流冲击冷却结构对叶片前缘的冷却效果优于常规冲击冷却和压力侧旋流冲击冷却结构;在旋流冲击冷却结构中，单孔旋流冲击冷却结构的冲击孔越靠近叶片前缘高温区，对前缘的冷却效果越好，但是单冲击孔大幅减少冷气量冷气流量，使得叶片整体冷却效果不及双孔旋流冲击冷却结构。　　本文对旋流冲击式小尺寸涡轮叶片局部高温区产生原因进行了研究，结果表明:叶片吸力面局部高温区域的产生是由叶栅通道内的燃气局部超音导致;其分布范围受到冷却结构变化的影响。采用旋流冲击交错肋冷却结构时，交错肋结构增加了叶片壁厚，降低了冷却空气与叶片壁面的换热效果，使得高温区域有所增加;而采用旋流冲击扰流柱冷却结构，降低局部高温区温度，有效强化了吸力面换热效果。研究结果为小尺寸涡轮叶片冷却结构设计提供了有用的设计方案。