目前对传统单一冷却结构的研究已经比较成熟，而真实叶片通常使用多种冷却结构组合的形式来加强叶片换热。当多种形式的冷却结构被集成到一个叶片中时，冷气的流动是相互影响的，整个叶片内部冷却通道中的冷气流动与换热变得很复杂，因此，对完整叶片中复杂的流动与换热特性进行研究是很有必要的。本文的工作是利用商业计算软件CFX对低压涡轮叶片中使用的交叉肋结构以及完整的气冷涡轮叶片进行了流固耦合传热的数值研究。本文首先通过对6个模型在8种不同工况下的数值模拟研究了肋宽与肋间距比t/p以及肋角度β对梯形开槽交叉肋通道换热与流阻特性的影响，对流动过程进行了详细的分析。研究结果表明开槽交叉肋通道的努谢尔数和流阻系数随着肋宽与肋间距比t/p和肋角度β的增大而增大；其综合换热效果随着肋宽与肋间距比t/p和肋角度β的增大而减小。未开槽交叉肋通道的换热系数最高，但同时通道流阻最大；开槽通道比未开槽通道的综合换热效果好。本文在旋转状态下对由靠近前缘的30°交叉肋、靠近尾缘的45°交叉肋及尾缘气膜孔组成的气冷涡轮转子叶片进行了流热耦合计算，通过改变低压涡轮叶片内部冷却结构，对内部空心、具有直通道、开槽交叉肋通道以及复合交叉肋通道的叶片进行了对比。叶片温度随着冷气流量的增加而降低，开槽通道能够有效的减少冷气流动损失；与直通道相比，具有交叉肋结构的叶片能使气膜孔出口冷气流量更均匀，复合交叉肋叶片表面温度具有较好的周向均匀性；交叉肋之间用肋板隔开的叶片对叶顶部分的冷却比复合交叉肋结构的叶片好。文章最后通过改变复合交叉肋结构叶片中45°交叉肋的结构尺寸，模拟和分析了不同肋宽和肋间距对叶片冷却效果的影响。结果表明复合交叉肋结构能使叶片温度大幅下降，但是叶顶温度较高，肋宽与肋间距的改变对叶片整体冷却性能影响较小，这对简化叶片结构具有重要意义。本文通过不同冷却方案的对比研究，分析了低压涡轮叶片冷却结构的优缺点，为冷却结构的优化指明了方向。