叶轮机械的运行效率主要取决于叶道中分离、泄漏、二次流等复杂流动引起损失大小,其形成机理及其流动控制研究是本学科近年来的热点问题。得益于现代测试与数值计算技术的发展,叶道中精细化流动结构的获取并不困难,如何合理、准确的评价各处流动损失及其分布规律成为叶轮设计和优化中的关键。本文依托国家重点研发计划项目课题,针对叶轮内部流动机理及相应损失机制认识不足的问题,建立一种基于熵产理论的损失计算和分析方法,设计构建叶轮机械多参数、多目标的优化,并将两者结合开展风机叶型气动数值优化与实验研究。论文主要工作和研究结论如下:（1）依据湍动能输运与涡粘假设,构建一种湍流条件下的熵产直接计算模型与分析方法,并用三种典型流动结果对该模型进行验证。基于熵产数值计算,发展了一种利用熵产积分的翼型阻力计算方法,对比理论分析与数值结果验证此方法的可行性和准确性。结果表明:与近场积分法和尾迹远场积分法相比,熵产中场积分不仅对物面网格要求低,且数值耗散阻力易分离,有利于得到较精确结果。在高雷诺数状态下,湍流耗散造成的流动损失占主导,当翼型流动失速时,湍流耗散损失占比高达90%左右。（2）完善基于熵产的叶轮机械流动损失分析方法,并将其应用于低压轴流风机和压气机不同工况下的损失诊断。区别于全压损失系数等过程量,该方法不仅能基于当地熵产率准确定位流场中的高损失区域,更可通过熵产率积分对区域损失大小进行量化。结果表明,低压风机近失速工况下的流动损失主要由叶顶泄漏流主导,叶顶区流动损失在叶轮总损失中的比重高达56.5%。跨音速压气机近壅塞工况下的高损失则主要由角区分离导致,叶根处的流动损失占叶轮域总损失的29.5%;但随流量进一步减小,压气机叶顶泄漏明显恶化,叶顶区域的流动损失也提高至40.7%。（3）构建耦合叶型参数化建模、网格自动生成以及并行遗传算法选优的风机叶型气动优化平台,并以最小熵产率为目标,对翼型、叶栅以及三维风机叶片的气动外形展开优化。探索外形参数对翼型升阻力、激波位置以及叶栅性能的影响规律。熵产理论的优化策略成功应用于低压轴流风机三维叶片的多变量、大空间优化,解析出影响流动损失的叶型参数。优化后的两种低熵产风机全压分别提升了42.6%和61.7%,对应的全压效率分别提高3.9%和3.0%。论文基于熵产理论,深入开展风机叶型的气动优化与试验研究,精准给出叶道流动损失分布特征及主要影响因素,为叶轮机械内流减损与性能提升提供内在依据。