燃气轮机广泛应用于能源动力工业领域,是实现能源高效转化与利用的高端核心动力装备。气膜冷却则是提高透平进口总温、解决透平冷却问题重要的冷却技术手段。针对下一代先进燃机对整机高性能的要求更为苛刻的现实需求,本文立足于传统加工工艺和增材制造工艺的加工精度对气膜冷却流动传热特性的影响开展相关研究工作,本文系统总结并提炼了气膜孔加工偏差的几何模型,将不确定性量化方法引入气膜孔几何偏差的研究中,开发了基于PCE方法的不确定性量化分析平台,结合数值与实验手段研究圆形孔尺寸及方位偏差、形状偏差对圆形孔流动传热特性的影响;结果表明尺寸及方位偏差中对气膜冷却性能影响最大的因素为孔径,形状偏差中影响气膜冷却性能最大的因素为壁面熔滴,熔滴的堵塞使得冷气孔流通能力下降,孔内湍流脉动降低,冷气侧向覆盖性能变差。针对增材制造加工气膜孔逆向建模方法进行研究,基于高精度CT扫描的点云数据,实现了对增材制造气膜孔的高保真逆向建模,发展出一套将增材制造、CT扫描、逆向建模、CFD仿真相互衔接的分析平台。开展了不同增材制造方向以及后处理工艺对圆形孔气膜冷却性能的影响,指出前缘粗糙的圆形孔气膜冷却性能分布较发散,后处理工艺并没有明显改变增材制造圆形孔气膜冷却性能变化规律。研究了不同增材制造方向对扇形孔气膜冷却流动传热性能的影响,发现不同位置粗糙结构会导致扇形孔绝热气膜冷却有效度分布产生明显差异,前缘侧粗糙时孔内分离泡前移,堵塞冷气通道使得冷气往两侧流动,前缘附近产生的指向尾缘侧的压力梯度的挤压,在这双重作用下,平板表面气膜冷却性能产生明显的分叉现象,中心区域冷却性能差;尾缘侧粗糙时冷气在周向较小的出口前缘处与主流发生掺混,导致气膜孔出口冷气主要集中于中心区域,中心区域冷却性能较好。更进一步地,采用大涡模拟方法开展了前缘粗糙扇形孔精细流动结构研究,发现了前缘粗糙扇形孔出口附近独特的高温“入侵”现象,前缘倒角区域的脱落涡裹挟主流高温流体侵入下游边界层内,导致壁面附近区域温度上升,揭示了导致增材制造扇形孔气膜冷却性能下降的重要机理。本文的研究工作深化了对增材制造加工精度的理解,并有助于将增材制造工艺应用于开发高性能冷却结构形式。