自然界中和工程应用中的流动大多是伴随着一定质量密度改变，而且普遍具有非均匀各向异性特征。可压槽道湍流是包含了压缩性效应和壁面效应的一种具有代表性的典型流动。本文的研究中，我们选择可压缩槽道流作为研究对象，通过高精度直接数值模拟(DNS)的方法，建立了四个Mach数(M=0，0.8，2.0，3.0)下槽道湍流的数据库。经过长时间的统计平均，我们得到了流场中各种统计平均量、统计结构随壁面距离和Mach数的变化关系。在复杂系统认识论和结构系综理论的指导下，我们从以下三个方面开展了针对压缩性效应的研究：(1)一维统计剖面；(2)空间大尺度拟序结构和(3)描述时空演化特征的传播速度，将精确定量的描述作为主要的研究目标。　　 首先，我们研究了不同Mach数下的一维统计剖面在基于密度的Van Driest-Huang标度变换的适用性和局限性。特别地，本文首次系统地考察了压缩性效应对RANS方程中主要非线性项-Lamb矢量-的影响。通过对速度涡量相关系数R(uiwj)剖面的分析，我们发现不同分量的R(uiwj)对于平均密度的依赖性不同。主要表现为半局部坐标[1](y*)下，R(uiwj)与不可压剖面的重合程度上的差异。对于R(wwy)分量，不论是极值位置y*max还是幅值大小都完全重合；但是R(uwz)分量在y*<10以内，幅值和极值上均存在较大差异，而且这种差异正是与湍流场中法向脉动结构的改变相对应的。进一步的分析表明u与wz间的相互作用除了平均密度的影响之外还受到流场中压力的共同影响，具有了非局部相互作用特征，因此我们提出：基于局部平均密度的标度变换无法完全描述具有非均匀特征的统计剖面。　　 其次，大尺度拟序结构对于湍流的产生，动量和能量的输运过程起着至关重要的作用，但是拟序结构在可压缩情况下的定量研究还很不充分。本文采用一种新的非局部速度涡量相关结构(VVCS)方法，对压缩性影响下流场中大尺度结构的拓扑结构变化进行定量的讨论。由于VVCS是一种在参照系观点下，由空间两点相关所定义的统计结构，因此对于传统拟序结构方法所无法覆盖的近壁区和中心区，VVCS均可保持有效性，从而实现了整个槽道的多分层描述(She et al，2011)。我们发现由VVCS得到的展向间距Dz与近壁区传统拟序结构研究得到的特征尺度基本一致，特别是对于不同Mach数下的展向尺度来说，亦可采用半局部坐标(D*z)进行归一化，得到了与不可压相重合的展向特征尺度。进一步研究表明，具有强非局部性的统计结构VVCSuwx的展向尺度D*z，uwx随y*呈线性关系：D*z，uwx=35+0.24y*，而具有强局部相关特征的VVCSuwy的展向间距则具有明显的多分层性质，并可由函数表达[2]：，()。结果表明这种基于非局部相互作用的特征尺度从统计结构的角度定量地反映了流场中不同的涡量分量对流向速度脉动结构的影响：VVCSuwx的拓扑形状直观地反映了近壁条带结构与准流向涡结构之间的相互依存关系，给出了条带结构是准流向涡结构在近壁附近的“Footprint”的明确证据。此外，D*z，uwy所确定的两个特征位置，y*=17和34，是刻画条带结构从近壁到中心演化过程的临界位置，表明了由近壁处非常有序(y*<17)到过渡区内条带的突然破裂(1734)。同时，我们初步研究了可压缩湍流中的热力学相关结构，定性得到了压缩性效应对热力学脉动量输运的影响。总之，基于VVCS的特征尺度，对壁面效应和压缩性效应进行了定量的刻画。　　 最后，壁湍流中的近壁结构的对流现象是湍流运动学研究中的重要课题，而且传播速度作为联系湍流时间和空间信号的桥梁在工程实验中具有广泛的应用价值。本文计算了不同Mach数下的速度脉动、压力脉动和涡量脉动的传播速度。我们发现可压缩效应使得三个方向的速度(涡量)脉动以不同的速度向下游传播：Vw和Vwz的明显要高于Vu，Vv和Vwy，Vwz。而且，Vw和Vwx在整个槽道中具有极为一致的相似关系。特别地，我们从速度涡量相关结构出发，得到的参照坐标yr与结构坐标ys之间的法向非局部作用关系，通过引入有限速度ulim=1.05U(ys)的概念，提出了以平均速度精确预测传播速度的定量模型：Vu(yr)=Umod(ys)=∫ulim(ys)0 up(u)du∣ys，并验证了该模型在所有壁面距离和不同Mach数下的普适性。由此，我们认为：任何一点的速度脉动的传播速度都是由非局部相关性所决定的，也就是由空间其他点上速度较低的涡结构所主导。而传播速度模型中的唯一参数1.05正是这种普适关系的具体刻画。