人居环境按空间可以划分为建筑环境、交通工具环境和城市环境。其中建筑和交通工具等封闭空间环境对人的工作效率、健康和安全有直接影响。空调系统送风参数对封闭空间的热湿环境起到决定作用。为了找到最佳的送风参数,传统设计方法需要尝试大量的设计参数并进行大量的模拟计算。本研究将遗传算法与计算流体力学相结合对室内环境进行逆向优化设计。研究过程中发现模拟计算误差对逆向辨识和设计的准确性有直接影响,需要将模拟计算误差控制在20%以下才能得到可信的计算结果。本研究使用预测平均投票,吹风感引起的不满意率和空气龄为设计指标对办公室环境和飞机客舱环境进行了逆向优化设计,并提出限制法和多目标最优化计算方法两种逆向优化设计方法。两种方法都能通过少量的计算获得大量满足设计目标的设计方案。前者计算量较少,后者计算结果更精准。人居环境中的城市环境作为开放的空间,一方面其建筑布局、朝向等会对采光、室外风场等等产生影响;另一方面由于人类生产生活造成的大气污染对人的健康和安全造成了严重危害。前者依赖于良好的城市规划,而后者则亟待治理。城市污染物源的快速辨识有助于城市空气的治理和改善。传统试错法效率低且难以应对多污染源的情况,而基于概率的伴随方法已经能够很好地实现室内单个污染物源的辨识。本研究进一步改进了伴随方法用于开放空间的多污染物源辨识,并发展了两种能够仅仅根据有限的污染物探测器(可移动或不可移动)信息辨识多污染物源的方法。本研究使用完全开放空间、小区环境和城市环境三个算例对方法进行了检验。两种方法在三个算例中都成功、快速地完成了对多污染源的辨识。此两种方法辨识的精度受到所提供的建筑物模型的精细程度的影响。不管是建筑设计还是污染物源辨识,要应用于实际都需要快速的流场和传热模拟计算。传统方法如SIMPLE和PISO无法满足上述计算速度的要求。已提出的快速计算流体力学方法如FFD计算精度又不能达到要求。本研究开发了一个新的快速计算流体力学方法——SLPISO方法。此方法将半拉格朗日对流项计算法与PISO方法结合,在满足一定计算精度的前提下计算量比传统计算方法大幅降低。本研究对此方法的计算精度和稳定性进行了分析,并使用一个顶盖驱动流算例和混合通风算例对方法进行了检验。证明SLPISO方法与PISO方法计算精度相近但计算过程中可以使用更大的时间步长,从而大幅增加计算速度。