受能源紧缺、环境污染等问题的影响，节能减排、减少能量损耗是实现可持续发展的重要途径。其中，汽车、水力设备等机械的形状优化，一方面可实现流动过程中能量损耗降低、流动阻力减少，另一方面可提高动力设备的性能、节约能源。因此快速有效地实现有目的的减阻优化，对人们的生活具有重大意义。传统的减阻方法大多依靠生活经验或者实验测量，无切实可行的理论可指导减阻设计;此外传统设计方法计算周期长、设计变量多，无法满足设计需求。针对以上问题，本研究提出采用流动场协同理论为指导，结合伴随方法对流动外形进行优化，实现有目的的、快速形状优化设计。具体研究内容包括以下几个方面:　　1.根据场协同思想以N-S方程为基础，采用雷诺平均方法推导了不可压缩湍流场协同模型，通过对粘性函数建立拉格朗日函数求极值的方法，建立了不可压缩湍流场协同减阻方程;根据换热场协同评价准则的研究方法，对速度梯度与协同角、力与协同角之间的关系进行了探讨。　　2.根据不可压缩湍流场协同减阻模型，采用FLUENT软件对后台阶进行流动数值模拟，计算得到了完全协同流场流线图，并以此为指导获得了需要优化的目标区域;采用离散伴随方法对后台阶进行优化设计，验证了场协同减阻方法与伴随方法优化设计的一致性。　　3.基于离散伴随伴随方法的理论和N-S方程，分别以弯管出口流动均匀性、分叉管进出口压降为目标函数，推导了相应的伴随方程及其边界条件;以此为指导分别对弯管和分叉管内速度分配器的结构进行优化设计，验证方法的可行性。