高压涡轮作为航空燃气涡轮发动机的核心部件之一,其长寿命地高效稳定运行是燃气涡轮发动机成功研制的重要保障。高压涡轮内部流动本质上是全三维非定常的,这对涡轮的气动-热性能和结构强度都有很大的影响。而随着先进涡轮设计要求的持续提高,涡轮部件的结构尺寸越来越紧凑,各叶片排之间的非定常作用也更加突出,各种非定常流动特性带来的不利影响已不能忽略,因此以定常流假设为基础的模拟手段和设计体系已难以有效满足未来先进涡轮的设计需求。进一步提高涡轮部件的性能,需要建立在充分理解其内部流动机理的基础上,因此随着研究手段的更新,高压涡轮的仿真、设计和实验逐渐向着精细化的方向发展,即关注重点从宏观的总体性能参数逐步转变为局部流场精细流动结构及其影响参数。实验研究耗资高、周期长、风险大,因而高精度仿真技术成为推动设计体系变革的重要手段,发展相应的高精度数值方法和高效求解算法是一项迫切的基础性工作。大涡模拟和直接数值模拟等高精度方法受限于当前计算资源和时间代价,还难以满足工程需求,而RANS/LES耦合计算方法是现阶段较为理想的选择。基于此背景,本文主要研究内容归纳如下:在数值模拟工具方面:（1）以Menter尺度自适应模拟的理论框架为研究基础,提出了一种改进的尺度自适应方法,解决了原模型对非定常性的响应不足问题,实现了对高压涡轮流场的高保真度模拟,准确捕捉了单排叶栅和涡轮级环境下的精细流动细节。（2）将尺度自适应的思想扩展到基于SST模型的脱体涡方法中,引入改进的卡门尺度用于替换脱体涡模拟中的网格尺度,以解决脱体涡模型固有的网格依赖性问题,提出了一种基于SST湍流模型的尺度自适应-脱体涡方法。开发了包括上述两种模型的全局RANS/LES耦合计算模块,并集成到叶轮机械三维CFD求解器NUAA-Turbo 2.0。在非定常流动机理方面,本文以改进的高精度低耗散的尺度自适应模拟方法对高压涡轮导叶叶栅和单级高压涡轮进行计算和分析:（3）准确预测了高压涡轮导叶叶栅尾迹涡和压力波的生成及发展过程,尾迹涡和压力波的尺度特征及频率特征,尾迹涡的能量分离现象等,并利用熵产率分析了瞬时流场的损失分布,定性和定量分析了RANS流场和非定常时均流场的差异。（4）分析了单级高压涡轮内部的转静干涉效应,重点关注上游尾迹涡在下游转子通道中的输运规律,如尾迹涡切割、同向涡掺混融合、上游尾迹与下游叶排马蹄涡相互作用等非定常特性。在此基础上,考虑进口热斑来流条件的影响,如总体气动性能和叶片表面的温度分布情况,揭示了热斑沿径向和周向的三维非定常迁移规律。最后借助NUAA-Turbo 2.0全局耦合计算模块对局部优化的单级高压涡轮进行了稳态及非稳态的高精度数值研究,在定常和非定常环境下分别探究可控膨胀方法和基于鼓包的消波流动控制方法对于高压涡轮尾缘激波的控制效果。