该文利用高精度的分裂步差分格式对展向和法向旋转槽道湍流进行了直接数值模拟,研究了系统旋转对近壁湍流的增强或抑制作用,以及对湍动能生成和耗散的影响.同时,根据旋转湍流SGS应力模型所需要满足的渐近物性坐标不变性(Asymptotic material frame indifference,AMFI)条件,该文提出了一种能够反映旋转和剪切耦合效应的非线性SGS应力模型,并将其应用到展向旋转槽道湍流和轴向旋转圆管湍流的大涡模拟研究中.展向旋转槽道湍流的直接数值模拟表明,在一定范围的旋转数下,旋转增强了压力壁面附近平均流的剪切作用,近壁湍流强度和雷诺应力都显著增加,湍流脉动涡结构的强度增大,尺寸变小.而对于吸引壁面附近的湍流,展向旋转表现出明显的抑制作用.雷诺应力输运方程各项分布特性的研究表明,槽道沿展向旋转时,压力壁面附近的湍动能生成和耗散过程更为剧烈,粘性扩散和湍流扩散作用也增强;在吸引壁面附近,展向旋转抑制了湍流脉动的生成和耗散过程.旋转产生的科氏力项从流向湍脉动中汲取能量,分配到法向湍流脉动中,同时也间接影响向湍流脉动的生成.在去向旋转槽道湍流中,法向旋转诱导的科氏力在槽道中产生了非零的展向平均流动,从而在槽道壁面上引入了展向平均流的剪切作用.不同旋转状态下,压力梯度方向和展向平均流剪切强度的改变是近壁区三个方向湍流强度变化的主要原因.槽道沿法向旋转时,壁面附近的湍流拟序结构的尺度和强度,以及方向都发生变化.同时,法向旋转改变了近壁区雷诺应力分布规律.根据旋转湍流SGS模型的建模规则,利用张量代数和Taylor近似理论发展了一种由大涡应变率和旋转张量构成的非线性SGS应力模型,并满足AMFI条件.利用这一非线性SGS模型对展向旋转槽道湍流进行大涡模拟.计算结果表明,模型中系统旋转引入的非线性附加项是对传统线性涡粘项的一种二阶修正.同时,通过对照直接数值模拟结果中的近壁湍流统计量,验证了非线性SGS应力模型的有效性.应用非线性SGS应力模型该文大涡模拟研究了较高雷诺数下轴向旋转圆管湍流的流动特性.当圆管旋转速度增加时,流动具有向层流化发展的趋势,旋转效应使得流动在壁面上的阻力减小;同时,近壁区轴向和径向湍流脉动强度减弱,而周向湍流脉动则增强;边界层内的流场结构图显示,管壁旋转改变了近壁区湍流的拟序结构,脉动结构具有向圆管中心螺旋运动的特性.