端壁是燃气轮机涡轮重要的组成部分,其工作环境较为恶劣,承受较高温度。对涡轮端壁处的保护至关重要,涡轮端壁表面有着较为复杂的二次流动,对其冷却较为复杂。冷却气膜受到来自端壁涡系以及叶片间的横向压力梯度的作用并不能较为理想附着在端壁表面。因此需要合理有效的冷却方案对涡轮端壁形成良好的保护;或者通过有效手段来控制端壁二次流动,使其向有利于冷却气膜覆盖的方向发展。本文通过数值模拟的方法进行探究,主要涉及两大部分的研究。首先是对某型燃气轮机叶片端壁的冷却方案进行数值计算,发现其冷却方案存在冷却气膜覆盖的盲区,进而根据所计算得到结果进行递进式的设计,对一排孔的射流角度以及轴向位置进行了探讨。最终一排孔位置定为与叶片前缘2.5mm处,射流角度与轴向成30°,从一排孔冷却逐渐递进得到四排孔冷却方案,可以对整个弦长区域形成良好的覆盖。对比了多吹风比下以及不同的布置方式对四排孔冷却的影响,在吹风比为2.0时冷却气膜覆盖最好,采用沿等压线布置冷却气流延伸性最好,沿轴向布置冷却气膜分布均匀。最终通过对四排孔冷却方案进行局部加密得到较为理想的端壁冷却方案。文章另一部分主要讨论了如何通过控制端壁二次流动达到优化端壁处冷却的目的的两种手段,非对称造型和涡轮叶根处倒角观察其对端壁冷却效果的影响。文章为了保证造型的光滑度采用高次的三角函数作为端壁造型控制函数,并通过改变控制函数的相位角度以及幅值来控制端壁的造型,对比各种造型在相位补偿角度变化时对流通特性的改变,以及对端壁一排孔冷却效果的影响。通过研究发现在相位补偿角度为90°时一排孔整体冷却效果最好,冷却效率为0.3213最高,且存在冷却气膜覆盖盲区最小。对比控制函数的幅值改变端壁造型的变化幅度,观察其造型函数幅值改变对通流特性以及端壁冷却效果的影响。随着幅值的增大,端壁造型的幅度增加,整体冷却效率从0.2876提高到0.3213,但局部冷却盲区增大;文章也采用另一种能够改善近端壁处流动的手段即在叶根处加入倒角,并逐渐增大倒角半径观察其对整体通流特性,并在前缘处一排孔冷却条件下探究其冷却效果的变化。随着倒角半径的增大,下端壁处的涡系位置发生径向位移,并因此改变对端壁的冷却效果。当随着对叶根处加装倒角,并且随着倒角半径从1mm增加到6mm。整体平均冷却效率从0.2688增到0.3075,冷却效果得到改善。