湍流流动在风力机绕流、风电场风资源等问题的研究中占有重要地位。研究湍流最精确的方法是直接数值模拟,无需任何湍流模型假设,可以得到不同尺度的瞬时湍流流场。研究直接数值模拟方法对于开发高可信的风能CFD分析工具有重要意义。本文采用高阶紧致有限差分格式的数值模拟算法,在开源直接数值模拟软件Incompact3D的基础上进行二次开发,采用半隐式格式求解粘性项。开发了时间和空间平均的一阶矩,以及雷诺应力、热流量、温度变量二阶矩的统计后处理程序。以充分发展的槽道流动为例,采用改进的粘性项半隐式方法研究了带标量的均质湍流,给出了槽道流动的二阶统计项的预估,并统计了沿着壁法向方向的时间和空间平均物理量,分析了湍动能产生区,峰值区,主流区等区域的湍流特征。通过粘性项半隐式格式运用,使得槽道湍流的直接数值模拟的最小时间步比显示格式大四倍左右,缩短了计算时间。结果分析表明,雷诺应力和热流量的输运过程的相似性,表征了热传动和速度流动的相似的物理机制。雷诺应力和热流量等的预估对于评估壁面函数的精确性是相当重要的。对三维泰勒格林涡的均质湍流进行了直接数值模拟,研究均质湍流的流动结构变化,以及湍动能与耗散率时间变化图、湍动能耗散率对流动结构变化的影响。模拟结果捕捉到了泰勒格林涡的演过过程。结果显示采用拟涡能积分得到的湍动能耗散率比直接计算湍动能耗散率偏小。