本项目所属领域为动力工程及工程热物理，以及燃气轮机先进制造。燃气轮机是航空与舰船推进以及清洁发电工业的核心动力装备，燃气轮机技术代表着国家整体科技和工业实力。燃气轮机热效率的提高主要依靠不断提高涡轮进口温度(同时适当提高总压比)来实现，现有的涡轮叶片冷却技术已接近极限，因此必需发展更加先进高效的涡轮叶片内部复合冷却技术。表面凹陷涡具有低流阻、高强化传热能力且与现有冷却结构易于组合的优点，但是由于表面凹陷产生涡流的复杂性，国际上对其流动控制与强化传热机理及局部性能优化缺乏清晰理解，对表面凹陷涡与多种扰流肋复合条件下流动与传热机理认识不清，因此难以对基于表面凹陷涡的涡轮叶片高性能复合冷却进行准确预测和设计。针对上述难题，在国家自然科学基金、上海市科委等支持下，经过十年研究取得了如下主要研究成果：(1)提出了表面凹陷涡创新结构并改善了凹陷涡流动控制能力，实现了表面凹陷涡强化传热强度与均匀性显著提升。发现了表面凹陷涡流动中多涡系强化传热的创新机理，以及表面凹陷结构参数对涡流控制和传热特征影响规律，突破了气流传热强化必定小于流阻增加的局限性；创新性地提出了微小结构化肋-凹陷涡复合冷却结构，解决了凹陷涡前缘边界层流动分离而产生的传热严重不均匀问题，实现了微小肋诱发涡流与表面凹陷涡协同作用显著提高传热强化能力，并构建了该复合冷却传热及流阻模型。(2)提出了涡轮叶片尾缘针肋-凹陷涡高效复合冷却技术，实现了涡轮叶片尾缘冷却性能提升。创新地将端壁表面凹陷涡布置与针肋阵列流速分布特征相结合，揭示了表面凹陷产生涡流与针肋尾流涡相互作用改善端壁传热机理，实现了在保持同等流阻条件下显著提高了叶片尾缘端壁对流强化传热能力及传热均匀性，减小了叶片壁面热阻以及减轻了叶片重量。(3)提出了涡轮叶片矩阵肋-凹陷涡复合冷却技术，获得了比传统矩阵肋冷却更优传热性能。创新地提出了U形截面子通道和表面凹陷涡相结合的矩阵肋-凹陷涡复合冷却，克服了传统矩阵肋热应力集中的问题；发现了矩阵肋冷却通道内交错流动剪切力相互作用产生纵向涡流的机理性规律，并利用U形截面子通道和表面凹陷涡实现了涡流增强和传热性能显著提升。 研究成果在我国重型燃气轮机和航空发动机涡轮叶片高效冷却设计中得到应用，涡轮叶片内部冷却性能获得明显改善。8篇代表性论文他引144次，其中SCI他引128次，论文合作者包括德国科学院院士，引文作者包括俄罗斯和中国科学院院士、美国著名航空发动机传热/冷却研究学者、国际燃气轮机学会传热委员会主席等同领域专家；授权和申请国家发明专利10项；获得软件著作权1项，获得了国际传热学术会议杰出论文奖和中国航空学会优秀论文奖，申请人饶宇入选国际燃气轮机学会传热委员会委员。研究成果为基于表面凹陷涡的高效复合冷却技术应用于我国燃气轮机及航空发动机高温涡轮叶片冷却提供了理论基础及设计参考，具有重要的工业应用价值。