当前在电力需求不断增大和顺应节能减排趋势的情形下,新能源发电得到快速发展。其中燃气发电尤其是燃气-蒸汽联合循环发电机组的优势尤为明显,燃气轮机目前主要是通过提高涡轮前进口温度来提高其效率。然而,由于受到材料发展的限制,目前多是采用改进冷却结构和方式来强化冷却效果。因此,对于燃气轮机叶片内部的换热研究和冷却结构的改进显得非常重要。本文将燃气轮机涡轮叶片内部的蛇形冷却通道的直通道部分简化为正方形截面的带扰流肋的直通道。对直通内的扰流肋的导流角度和通道的宽高比这些不同的冷却结构参数对通道内的换热流动特性进行数值研究,得到不同参数下的通道的平均努塞尔数分布,湍动能分布和冷却效率的变化。在此研究的基础上,对通道的这些不同冷却结构参数分别进行设计参数范围内的全局寻优,为以后的设计提供基础。结果表明:对扰流肋的结构研究,以20000雷诺数空气为冷却介质,不考虑流动损失的冷却效率随着肋片角度的增大先增加再减小,综合换热性能逐渐减小;在肋片导流角度30°至70°的范围内,导流角度为46.34°时,冷却通道的换热能力最强,换热效果最好。引入流动损失后,冷却通道平均努赛尔数最大值出现在导流角度36.57°时,在此角度冷却通道的综合换热能力最强。此外,对于通道结构研究,当雷诺数为20000时,通道的整体换热能力随通道的宽高比呈上升趋势,综合冷却效率随通道的宽高比大体呈先增大后减小的趋势,两者都与通道宽高比这一几何参数呈现函数关系;合理选择通道的宽高比例可以提高通道的整体换热和综合冷却效率;最后得出设计范围1/5≤W/H≤5内的最优化通道宽高比,整体冷却效率最高时宽高比为5,综合换热效果最强时宽高比为0.44,在小通道宽高比的时候,气体产生的涡旋只有一小部分能够成型。随着通道宽高比的增大,气体旋涡发展完全,但压损也相应的增大。