在燃气涡轮发动机中,涡轮入口温度是至关重要的参数之一。在现代涡轮设计中,入口温度不断提升,高效冷却结构的设计是确保涡轮叶片乃至整个发动机寿命至关重要的因素。针对上述问题,本文以高压涡轮转子叶片为研究对象,采用数值模拟方法对叶片的气膜冷却结构形式及流动机理进行了研究,以寻求降低涡轮叶片表面温度的更为有效的冷却方案。首先本文介绍了扇形气膜冷却孔相较与传统气膜冷却孔的冷却机理的不同,在此基础上对采用传统圆柱气膜孔型的高压涡轮转子进行了气热耦合条件下的数值模拟工作。进一步的将叶片压力侧的双排圆柱孔进行了优化设计,采用扇形孔取代初始圆柱气膜孔结构,为保证流量特性,降低了扇形孔的冷却通道的数量,并进行了气热耦合条件下的数值模拟工作。研究结果显示,与初始模型相比,采用扇形气膜冷却孔的方案,在保持冷却量不变的情况下,在冷却孔后方叶片表面的温度显著降低,但是叶片表面整体温度相差不大。因此相较于圆柱形气膜冷却方案,扇形孔气膜孔结构是解决叶片表面局部过热问题的有效手段。从流动机理上看,与传统圆柱形气膜孔相比,扇形孔最大的作用是阻止了冷却射流产生的肾形涡将冷气卷吸至主流区域,因此提升了气膜冷却效率。