提高涡轮进口温度能够有效地提高燃气轮机输出比功和效率，改善航空发动机的推重比，因此逐步提高涡轮进口温度是改善燃气轮机及航空发动机性能的关键技术。但是，随着进口温度的提高，涡轮高温叶片的工作环境逐渐恶化，成为制约涡轮发展的一个关键因素。研究发现，在叶片表面喷涂热障涂层并通过气膜孔引入冷却射流能够有效降低叶片表面温度，提高叶片综合性能并延长叶片的使用寿命。　　本文基于四参数随机构造法以及Matlab图像识别功能，开发了两种热障涂层几何结构重构软件，获得了不同微结构的涂层几何模型。同时，为了建立涂层的热力学性能与其孔隙结构之间的关系，基于格子玻尔兹曼方法，开发了多孔涂层流动和传热数值分析软件。以三菱M701F燃机涡轮高温叶片为研究对象，分析了叶片表面三维热障涂层的隔热性能以及热障涂层与冷却气膜之间的耦合换热特性，从微观尺度上研究了不同孔隙率、孔隙大小、孔隙粗细等参数对涂层流动和换热性能的影响，得到了不同微结构涂层的等效导热系数和气动参数分布规律。结果表明：随着温度的增加，柱状涂层和层状涂层等效导热系数先减小后增大，在700?C左右出现最小值；随着柱状涂层孔隙直径增大，涂层等效导热系数增大，当孔隙率为15%，孔隙直径从0.74?m变化到5.46?m时，等效导热系数增大幅值为6.4%；而层状涂层变化规律相反，减小幅值为5.3%；柱状涂层孔隙细长化能明显提高涂层的等效导热系数，并且生长概率在0.0002-0.2之间时，等效导热系数随孔隙细长化以对数形式增大，层状涂层则呈现出相反的规律。　　在耦合换热性能研究中：柱状涂层表面凹陷内出现了明显的涡流，竖直孔隙内存在微弱的流动；层状涂层由于其表面较为粗糙，使表面流动产生了扰动，竖直方向速度波动最大可达2.5%；对比两种结构涂层温度分布可知，层状涂层相比柱状涂层等温线更加不平整，局部热点明显。两种结构涂层与冷却气膜之间的耦合换热系数随孔隙率增大而增大；其中层状涂层孔隙尺寸越大，孔隙细长化程度越明显，耦合换热性能越好，柱状结构涂层则呈现相反的特性。