叶轮机械作为当代最重要的能源利用装备之一，在国民经济的各支柱产业都占有重要的地位。先进的叶轮机械技术对国民经济持续发展和国防建设具有重大影响，也是实现我国核心动力技术可持续发展的中长期目标。在我国现代化建设面临资源、环境、发展和国家安全的今天，高效利用能源，积极开展先进、可靠叶轮机械性能研究，具有重要的战略意义和深远的历史意义。这也是本研究论文的主要研究内容。而提高叶轮机械的能量转换效率、节能降耗已成透平机械行业的业内共识，本论文研究利用专业优势，围绕提高几种叶轮机械效率、输出功率、高能量综合利用水平、提高机组运行的可靠性等目标，以三个实际工程研发项目为基础，研究分析了多种特殊用途的叶轮机械内部流动情况，在此基础上，设计研究了轴流与离心两型动车组冷却通风机，并提出烟气轮机与船用涡轮增压器压气机蜗壳的优化方案等。由于叶轮机械内部流动异常复杂，且试验研究的周期较长、成本高，故本论文研究采用CFD的方法研究叶轮机械内部真实流动的本质，认清流动现象发生、发展的规律，再结合恰当的实验校正，这也是目前广泛采用的研究方法。应用叶轮机械专用的NUMECA软件完成了某烟气轮机设计工况的数值模拟分析，并与一维设计结果进行对比，验证了计算模型的可靠性。然后对烟气轮机运行工况进行数值研究，分析流场结构对动叶片冲蚀的影响因素，模拟结果与实际叶片冲蚀情况基本吻合。针对流场中存在的问题提出两种优化方案，并对优化方案进行可行性分析。完成了某动车组轴流与离心两型冷却通风机的国产化设计与研发工作。通过传统的一维计算初步确定两型通风机的几何结构，利用NUMECA软件预测两型设计风机的气动性能，针对模拟结果进行局部修型改进。对样机进行性能试验，试验结果与模拟结果基本吻合，满足设计要求，受到企业高度称赞。该两型冷却通风机通过“机械工业风机产品质量监督检验中心”的性能检验，已批量生产并应用于某动车组。最后利用NUMECA软件，完成某船用涡轮增压器离心压气机整机的数值模拟与内部流动分析，模拟结果与实验结果进行对比分析验证了计算模型的准确性。针对压气机流场中存在的问题对蜗壳提出优化方案，并验证分析了优化方案的可行性。