涡轮是航空发动机的重要部件，现代先进涡轮要求更高的气动负荷、进口温度、气动效率，以及更长的工作寿命和更好的可靠性、维护性。涡轮内部流动非常复杂，并且由于转静叶片的相对运动呈现非定常性。因此，发展涡轮非定常流场数值模拟方法，研究涡轮内部非定常流动机理及其影响参数，开展考虑非定常因素的涡轮设计体系，是进一步提高涡轮性能的重要发展方向，对今后先进涡轮设计或改型具有极其重要的意义。基于上述分析，本文从工程背景出发，以课题组自主CFD计算软件NUAA-Turbo为基础，分别进行了以下工作。首先，对GE-E3双级高压涡轮进行了定常数值模拟，获取了该双级涡轮的性能参数以及各截面静压和出口总压等参数，计算结果与实验值吻合良好，证实了NUAA-Turbo软件对于多级叶轮机械的三维粘性定常计算能力。同时，对涡轮流场中的变比热方法进行了初步探索。其次，利用改进后的相位延迟方法，即TIP方法，进行了GE-E3双级高压涡轮非定常数值模拟。计算结果表明，TIP方法实现了多级叶轮机械中，采用真实叶片比例、利用相位延迟方法进行单通道下的非定常数值模拟，证实了NUAA-Turbo软件的非定常数值模拟能力。同时，使用上述非定常计算方法，尝试对涡轮进行改型设计，发现合理利用3D-Clocking效应能够有效提高涡轮效率。然后，对NUAA-Turbo软件进行了通用性集成处理，使之可以适用于多种叶轮机械算例的网格划分、定常/非定常数值模拟。在此基础上，利用VB语言为NUAA-Turbo软件编制了界面，极大简化了软件使用者的工作。最后，利用基于linux系统下的MPI并行平台，发展了NUAA-Turbo软件的并行版本，先后验证了软件的定常并行能力和非定常并行能力。同时利用非定常计算结果，分析出了GE-E3双级高压涡轮第二级导叶和转子通道中的涡系结构，发现通道涡的发展与尾迹的掺混，能够增大尾迹中的损失。