以三维湍流为研究对象，运用数值模拟及数学分析方法，对流场进行深入分析。利用Navier-Stokes方程和Realizable k-。方程，以FLUENT为平台，对具体流态进行计算和研究，得到湍流速度、压力等的分布云图，为喷头设计及其结构优化与使用提供理论支持。

使用多普勒激光测速仪测量了水平直管道中气体一颗粒两相流动的流场。实验中，采用三维粒子动态分析仪（Particle Dynamics Analyzer）测量了粒径在0-100μm玻璃微珠的时均速度和脉动速度分布，颗粒相的体积分数在10^-4～10^-5之间。实验结果表明，即使在粒径范围为100μm以下的颗粒，其在气相流场中的存在仍然会引起湍流流场结构的改变，实验还观察到气体一颗粒两相流动的湍流强度会随粒径的减小而增加。而且其脉动速度的分布将会在壁面附近出现脉动和随机分布的特征。

采用高斯型滤波函数对Navier-Stokes方程进行滤波处理,并引入亚格子雷诺应力模型推导出了在水力机械内部流场计算中实用的二维大涡模拟方程及其在物理平面和计算平面上的离散形式,并介绍了方程的数值解法.

应用湍流大涡模拟方法对含有和不含导流叶片的方形截面90°弯道的二次流动进行了数值模拟,同时给出了Taylor-Galerkin有限元离散格式.管道加装叶片后,形成了两对二次流,其强度较低且沿程变化不大,改善了流动状态.

对乳化液自动配比装置的关键元件——乳化器流场——进行了仿真研究,在Fluent软件平台上,选择欧拉多相流模型和Renormalization Group(RNG)k-ε湍流模型模拟乳化器内部流体在不同流速下的流动状态,同时对模拟结果进行了分析.验证了在水的流动速度为0.5 m/s时,乳化效果较好.

为了验证直接数值模拟三维中低流动雷诺数湍流的正确性和可靠性,该文采用拟谱方法对三维平面混合层流场进行了直接数值模拟,并将数值模拟得到的结果与Lasheras等的平面混合层经典实验结果进行了对比.定量比较了流场不同断面的流向速度平均值、脉动强度、混合层的动量厚度及涡量厚度等流动量.结果表明,直接数值模拟的结果与实验结果吻合良好,证明了直接数值模拟中低三维混合层的正确性和有效性,为扩大直接数值模拟的应用打下了基础.

为了选择更适合于旋风分离器流场数值模拟的湍流模型,采用多种湍流模型对旋风分离器的内流场进行数值模拟,并将计算值与试验值进行比较.结果显示采用RSM(雷诺应力模型)得到的结果比采用标准k-ε模型的更贴近实验值,更适合用于强旋流流场的数值模拟,揭示了强旋流所具有的涡结构及各向异性的特点;采用雷诺应力模型及曲线坐标系下的SIMPLEC算法可以计算湍流各向异性的复杂三维流场.

本文利用流动显示和高速摄像技术，在湍流度为１％的水洞中，对加热的细长旋成体鱼雷模型表面的流动转捩过程进行了实验研究，实验发现，加热对自然转捩过程中湍流斑的猝发有明显影响，加热减小了湍斑产生的频率，增加了湍斑间有展向间距，使转捩过程中层流转变为完全湍流的过渡区延长，加热对湍斑产生的纵向位置无明显影响，本文的实验结果正好解释了在较高湍流度环境中的加热减阻机理。

冰浆是一种有效的空调蓄冷和输送冷量的介质，有着广阔的应用前景，而冰浆的流动特性和传热性能又是将冰浆介质应用于实际工程的最为重要的基础资料。在对冰浆流体的换热情况做出一些假设的前提下，利用等效比热描述冰晶粒子融化吸收潜热，建立了管内湍流冰浆的传热模型。运用有限差分的方法，对所得的离散方程进行了求解，从而得到了定热流状态下圆管内湍流冰浆流体的传热特性。计算数据表明，随着含冰率和流速的增大，对流换热系数增大，换热性能得到加强。

设计和搭建用于湍流校正的自适应光学系统时，必须考虑大气湍流波面校正所需的系统带宽。由于通常理论估计与实际的湍流情况相差很大，本文对如何进行带宽的精确测量进行了研究。通过对500m水平距离湍流波面的大量统计，分析了湍流波面的时间功率谱密度，得出了所需要带宽（Greenwood频率）的大小，并且首次得到了带宽需求的昼夜变化规律。实验发现，所需带宽在晚上变化缓慢，围绕10～15Hz波动；白天变化剧烈，在20～90Hz波动。最后，通过实验确定出了功率谱密度估计所需的采样总时间为70S，得到的实验结果为设计和搭建更加合理的自适应光学系统提供了实验依据。