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基于对更高的推重比的追求，燃气涡轮发动机的涡轮进口温度不断提高。因此需要设计复杂的冷却结构增强涡轮叶片的热防护能力。冷却结构的使用降低了叶片整体的温度水平，但也增大了叶片内部的温度梯度。在相应的约束的作用下叶片内部会产生相当高的热应力，这会对叶片的强度产生影响。优化冷却结构的前提是准确预测涡轮叶片的温度场，进行强度校核的前提是准确预测涡轮叶片的应力场。单一的气动、传热或强度计算都无法满足如此复杂的要求。基于此，本文采用气热固耦合方法，从流体力学、传热学和材料力学等多学科角度，借助多物理场计算平台，计算分析了带有10个径向冷却孔的C3X静叶在定常条件下的温度场和应力场。本文主要完成了以下工作： 1、确定气热耦合计算中的流体域叶片表面第一层网格高度y(1)、各计算域网格数和湍流模型等三项不确定因素。首先，分别对0.01mm、0.005mm和0.001mm三种第一层网格高度进行计算。通过比较计算结果确定y(1)=0.001mm满足湍流模型对y+的要求。其次，通过4因素3水平的正交试验完成网格无关性的验证和湍流模型的选择。 2、确定热固耦合计算中的网格数、载荷和参考温度等不确定因素。首先，以不同网格计算结果的应力相对变化率确定网格数为38万。其次，通过分析发现，受气动载荷作用而产生的应力相对于受热载荷而产生的应力，可以忽略。而在计算前加载气动载荷的时间却要长于热载荷，为了简化计算，之后将只加载热载荷。第三，将材料的参考温度提高到400K，以降低应力的计算误差。 3、计算分析不同工况下叶片的温度场。通过比较实验工况下实心叶片和气冷叶片的温度场发现：在冷却空气的作用下，叶片表面的最高温度降低了14.9%，而叶片内部的温度不均匀度则大幅增加，径向截面温度不均匀度最小增幅为70%叶高截面处的440%，最大增幅为10%叶高截面处的546%，轴向截面温度不均匀度最小增幅为50%轴向弦长截面的503%，最大增幅为10%轴向弦长截面的2759%。另外还计算分析了气冷叶片在主流道进口湍流强度变化和总温不均匀分布等工况下的温度场。 4、计算分析不同工况下叶片的应力场。通过比较实验工况下实心叶片和气冷叶片的应力场发现：在冷却空气的作用下，50%叶高截面的平均等效应力、等效应变和最大形变量的降幅分别达到56.6%、57.4%和48.9%，而叶片表面50%叶高处的屈服极限则提高了42.65%。另外还计算分析了气冷叶片在主流道进口湍流强度变化和总温不均匀分布等工况下的的应力场。