输油管道添加减阻剂(聚合物或表面活性剂等)输送是节能减排的一项重要技术,可用于提高已有输油管道的输量或减少输油管道的动力费用。添加减阻剂形成的黏弹性流体湍流流动阻力往往低于原牛顿流体,该湍流减阻现象早在上个世纪四十年代就有了相关报道,但减阻机理与伴随的传热弱化机理目前尚不明确,严重阻碍了添加剂湍流减阻技术的应用。为促进和指导该技术在输油管道中的应用,本文通过直接数值模拟研究了黏弹性流体各向同性湍流与槽道湍流流动。直接数值模拟方面,发展了黏弹性流体各向同性湍流流动与槽道湍流流动的直接数值模拟方法。采用二阶有界MINMOD格式离散黏弹性流体本构方程对流项,在保证计算稳定性的前提下提高计算精度。槽道湍流通过修正时层推进过程中的平均压力梯度来控制流量恒定。对比分析了MINMOD格式与Kurganov-Tadamor格式,发现MINMOD格式稳定性更强,计算效率更高。黏弹性流体各向同性湍流方面,推导并分析了该流动的湍流热通量输运方程,解释了黏弹性各向同性湍流传热弱化原因,即减阻剂一方面抑制湍流脉动从而减弱对流作用驱使湍流脉动由高温向低温传热,另一方面引入了驱使湍流脉动反向传热的弹性应力作用,导致大尺度湍流脉动传热弱化,部分中小尺度湍流脉动反向传热,最终导致黏弹性流体各向同性湍流的传热弱化现象。从能量耗散角度重新定义了黏弹性流体各向同性湍流减阻率,进一步分析了其湍流减阻机理。黏弹性流体槽道湍流方面,从能量输运角度推导了摩阻系数贡献表达式,发现各切应力以切应率为权重系数对摩阻作出贡献。发现湍流的形成引入了雷诺切应力对流动阻力的贡献而且增强了黏性切应力对流动阻力的贡献,减阻剂一方面抑制湍流从而抑制湍流引入的雷诺切应力对流动阻力的贡献以及黏性切应力对流动阻力的贡献,起减小流动阻力的作用,另一方面引入弹性应力,起到增加流动阻力的作用,当前者减阻作用高于后者增阻作用时发生湍流减阻现象。对摩阻系数贡献表达式进一步降低自由度整理得到定量分析层流化效应对摩阻影响的表达式,发现减阻剂一方面可以优化平均速度分布,起减小流动阻力的作用,另一方面引入了一个摩阻放大系数,起增大流动阻力的作用。当减阻作用超过增阻作用时发生湍流减阻现象。最后进一步研究了起始减阻与最大减阻渐进现象的形成原因。