重型燃气轮机是迄今为止效率最高的热-功转换类发电设备,它的研发制造水平代表了一个国家的重工业水平。燃气轮机热效率的提高主要通过提升透平进口温度来实现,目前先进燃气轮机的透平进口温度已远超叶片材料的耐温极限,高效透平冷却技术是保证燃气轮机可靠运行的关键,因此发展冷却技术对于提高燃机效率有着极为重要的作用。尤其是透平动叶,其冷却通常采用气膜冷却与内部垂直带肋通道组合的方式,带肋通道对气膜冷却性能的影响是动叶冷却设计必须考虑的因素。目前有关带肋通道中的气膜冷却特性研究几乎都采用具有圆形横截面的气膜孔,如圆柱孔和扇形孔,其气膜冷却特性与流动机理已较为清楚。而对于槽型截面孔,已有研究表明,相比于扇形扩张孔,其在腔进气方式下拥有更好的气膜冷却效果,但其在垂直带肋通道中的研究尚未开展,流动机理尚不明确。因此本文通过实验和数值方法研究槽型截面孔在垂直带肋通道中的气膜冷却特性。本文采用数值方法对比研究了典型扇形孔和槽型截面孔在垂直带肋通道内的气膜冷却特性。带肋通道模型分为大肋间距和小肋间距两类,即每个肋段分别包含两个气膜孔和一个气膜孔。对两类模型分别研究了槽型截面孔横截面形状影响和带肋通道中肋角度影响。在孔型影响研究中,均采用三种横流通道包括无肋光滑通道、45度和135度带肋通道。在肋角度影响中,选取60度和120度带肋通道与45度和135度带肋通道进行对比研究。数值结果表明:在中高吹风比下,两种矩形截面和两种梭形截面扩张孔的气膜冷却效果均显著优于圆形截面的扇形孔,其中大截面宽高比矩形扩张孔的气膜冷却效果在三种横流通道中均最高;与光滑通道相比,带肋通道显著提升了槽型孔的气膜冷却效果。四种槽型截面孔的流量系数在光滑通道中均高于扇形孔,在45度和135度带肋通道中与扇形孔差别很小,在135度带肋通道中的流量系数最高。肋角度对槽形截面孔气膜冷却效果影响不显著,小肋间距模型中60度和120度肋通道的气膜冷却效果稍好于45度和135度肋通道,而在大肋间距模型中略低于135度肋通道。肋角度对于大肋间距模型流量系数的影响较大,60度和120度肋相比于135度肋降低了流量系数。本文搭建了垂直带肋通道供气的气膜冷却实验台,采用PSP测量技术对槽型截面孔在垂直带肋通道中的绝热气膜冷却效果进行了详细测量,重点研究了流向孔排位置对槽型孔气膜冷却效果的影响。结果表明:相比于光滑横流通道,带肋通道中槽型截面孔的气膜冷却效果分布发生明显变化,一个肋段内的两孔表现不一致,肋后孔的气膜冷却效果明显好于肋前孔。气膜孔排布置在横流通道中心时,肋角度对展向平均气膜冷却效果的影响可以忽略。孔排位置变化对气膜冷却效果有显著的影响。在顺流时(45度肋通道),孔排靠近肋通道的前后侧壁布置均比布置在肋通道中心时提供更高的气膜冷却效果,其中靠近后侧壁最好。但在逆流时(135度肋通道),孔排位置变化对气膜冷却效果影响不大。