湍流是一种典型的非线性非平衡系统并且广泛存在于自然界和各种工程应用当中，被学术界广泛认为是难以攻克的难题之一。随着计算机技术的进步，数值模拟成为人们研究湍流问题的重要手段。目前，雷诺平均方法是解决工程湍流切实可行的方案，然而，传统的湍流模型往往假定计算网格内流体总是处于充分湍流状态，忽视了流动中的层流部分，导致模拟的准确性不足。　　能量最小多尺度(Energy Minimization Multi-Scale，EMMS)湍流模型是基于EMMS原理的介尺度湍流模型，该模型借鉴两相流分相思想，视单相湍流由湍流流体成分和层流流体成分组成，通过调节湍流流体体积分数f刻画计算网格内的非均匀结构，能够计算层、湍共存的流动状态，有效解决了非均匀湍流系统定量模拟。格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method，LBM)作为一种高效的流体求解器，具有显格式计算、易于并行和能够处理复杂边界等特点，十分适合GPU的大规模并行计算。因此，将EMMS湍流模型与LBM相结合，并在此基础上实现算法的多GPU并行，将可以提升工程湍流模拟的速度和准确性。　　基于LBM和EMMS湍流模型，本论文主要章节安排如下:　　第一章为文献综述。首先回顾了当前主要的湍流模式理论，在此基础上概述了考虑了层流及湍流两相相互作用的EMMS湍流模型，最后介绍了用于求解流场的LBM方法;　　第二章实现了LBM耦合EMMS湍流模型算法的多GPU并行。提出了一种EMMS湍流模型与LBM的耦合方法，利用CUDA和MPI实现了该算法的多GPU并行，并测试了算法在Tesla K80和Tesla P100上的加速性能;　　第三章在第二章的基础上进行了算法的数值验证。通过顶盖驱动方腔流和后台阶流，验证了LBM耦合EMMS湍流模型算法的有效性。发现在未使用壁面函数的情况下，模型可以获得一定精度的流场且弱网格相关。最后，算例验证模型可以一定程度上预测流动转捩过程。　　第四章对LBM耦合EMMS湍流模型算法的大规模并行计算进行了初步探索，提出了一种三维复杂构型的网格生成技术，在此基础上对多级涡轮和F22中的绕流初步进行了大规模的模拟，展示了LBM耦合EMMS湍流模型的多GPU并行算法强大的并行能力和良好的工业应用前景。　　第五章总结了本论文工作的主要成果与结论，展望了LBM耦合EMMS湍流模型在理论基础与大规模算法实现方面的几个努力的方向。