持续中高速增长的国民经济对电能的需求日益增加。同时，能源利用率较低和清洁能源较少所造成的环境污染比较严重。燃气轮机发电以其高效清洁日益受到重视，重型燃气轮机自主设计制造已迫在眉睫。因此，2012年国家发改委《关于发展天然气分布式能源的指导意见》、2013年国务院《能源发展“十二五”规划》积极推动天然气发电的进展，预计“十二五”末，我国天然气发电量将成为继煤电和水电之后第三大发电方式，发电总装机容量达5600千瓦。随燃气透平入口温度要求的不断提高，高温部件的冷却技术及结构设计优化是亟待解决的关键问题之一。本文结合2010年国家“863计划”子课题《F级燃机燃烧室过渡段优化设计》对燃气轮机燃烧室过渡段简化模型（过渡段简化模型）壁面冲击冷却进行了深入研究。主要工作包括：第一，本文针对此类燃烧室过渡段冷却技术，建立了过渡段简化模型流场的数学物理模型，通过计算流体力学（CFD）多物理场耦合分析，研究复合冲击冷却条件下流场、热场、应力场等多物理耦合场的分布及相互影响规律。在理论学习基础上，以燃烧室过渡段为基本模型建立了一个四分之一圆环结构的过渡段简化模型，用这个简化模型来模拟过渡段的结构和功能特性。并讨论了在不同湍流模型时，过渡段简化模型的冲击冷却效果。分别选用RNG k模型（RNG）、Realizable k模型（RKE）、Shear Stress Transport k模型（SST）、v2f模型和大涡模拟模型（LES）对过渡段简化模型进行分析，并对比了不同湍流模型条件下模型内壁冷却效率、冷气腔射流速度和计算效率结果。当同时考虑运算速度和精度时，v2f模型和SST模型对冲击射流流场的分布预测能力更优。第二，作为一种有效的冷却方式，冲击冷却的结构几何参数对换热效率有着重要的影响。对冷却效率的影响因素进行研究，可以为优化冲击冷却结构及提高冷却效率提供有效依据。因此，本文首先讨论了冲击孔角度和射流方向对过渡段简化模型冲击冷却效率的影响。通过上一章节所研究的冲击冷却和壁面传热理论，基于对不同冲击孔角度和射流方向的数值模拟，我们发现通过增加冲击孔的倾斜度以及射流的角度可以使壁面温度和冷却效率达到最佳值。其次，研究不同的冲击孔排布方式对冲击冷却换热效果的影响，并对温度场与流场的特征进行了模拟分析。冲击孔交叉排列模型较顺排排列模型的冲击冷却效果要好，其冲击冷却效率数值提高了近20%。最后，对不同模型曲率的冲击冷却换热效果影响进行分析，得到30°圆心角简化模型的内壁面冷却效率较90°圆心角简化模型提高98.6%。通过这一系列的仿真试验证明了冲击孔角度、射流方向角、冲击孔排布方式和模型曲率等结构几何参数的变化显著影响了过渡段简化模型冲击冷却效果。第三，液滴/空气复合介质冲击冷却作为一种有效的冲击冷却技术被广泛的应用于叶片等高温结构冷却当中，但是很少应用于过渡段模型冲击冷却。因此，本文提出在气流场中引入离散相雾化液滴以提高换热效果，增强流场湍流。利用FLUENT软件数值模拟研究了液滴/空气冲击冷却壁面的热传导强化冷却问题。结果发现水雾/空气冲击冷却的壁面的热传导系数在滞止点的热传导显著加强，同空气冲击冷却相比有着显著的提高。因此，本文首先对单孔平板过渡段简化模型在液滴/空气复合冷却介质条件下的冲击冷却效果进行分析。研究表明改变液滴的尺寸和质量对单孔平板模型的影响较大，仿真结果表明当液滴质量为3E-103kg/s、液滴尺寸为5μm时模型内壁面温度和冷却效率分别较单一空气冲击冷却提高了122K和90%。随后，研究了液滴/空气复合冷却介质对多孔曲面过渡段简化模型冲击冷却效果的影响。同样考虑了液滴尺寸和质量的变化对模型冲击冷却影响，仿真结果表明有液滴/空气情况下，与单一空气相比较，内壁面冷却效率净增加值最高达到320%，内壁面温度降低108K。但是，当改变液滴质量和尺寸对于冷却效率的影响较小，这一结果与单孔平板模型现象结论不符。本文的分析结果可为实验研究提供指导和借鉴，并可作为未来对曲面模型冲击冷却进行更加复杂的分析提供参考。第四，扰流柱冷却结构是透平叶片内部的一种传统且有效的冷却方式。本文将扰流柱冷却结构引入到过渡段简化模型当中，起到扰流强化换热的作用。采用数值模拟的方法分别在空气、液滴/空气条件下，对有、无圆形扰流柱结构的过渡段简化模型的流动及换热特性进行了较为系统的研究，并对其不同工况下的模拟结果进行详细的比较。通过对比分析表明，扰流柱冲击冷却方式的冷却效果要低于液滴/空气复合冲击冷却效果，同时冷却介质的改变对于带有扰流柱结构的过渡段简化模型冷却效果的影响不大。因此，在过渡段简化模型上添加扰流柱和采用液滴/空气复合冷却介质较单一空气更有利于提高模型冲击冷却效果。最后，对全文进行了系统的总结并对未来的工作进行了展望。