假設氣體在無葉間隙內軸向對稱穩定流動，氣體徑向速度為零，葉輪機械內的三維流場可以人為地分解為無葉間隙內流動參數的徑向變化和圓柱面內的二維流動。但這種假設具有明顯的近似性質，特別是對於輪轂比小、子午擴張角大的葉輪機械。為了使流動模型更接近實際，有必要發展葉輪機械的三維流動理論。
1905年，H. Lorenz提出了通流理論，即無限多葉理論。這個理論假設葉片的數量趨於無窮大，而葉片的厚度趨於無窮大。這樣，相鄰兩個葉片之間的每個相對流面的形狀與葉片的中心平面壹致，周向變化接近於零。通過引入壹個假想的質量力場來考慮實際葉片的作用。這樣，就可以得到與葉片中心平面重合的極限流面上氣流的解。20世紀50年代初，我國科學家吳中華完善了通流理論，提出了葉輪機械三元流動的壹般理論。該理論引入了S 1和S 2的概念，分別導出了這兩類流面的基本方程。通過這兩種流面的恰當組合和交替應用，可以將壹個實際的三維流動問題分解為兩個分別沿S 1和S 2的相關二維流動問題(見圖【三維流動壹般理論示意圖】)。實際上通常假設S 1流面是壹些任意旋轉面，但在S 2流面族中只取了壹個叫做S 2m的中心流面。這樣，就可以得到三維流動的初步近似。
當時針對純亞音速流和純超音速流提出了葉輪機械中三元流動壹般理論。事實上，跨音速流通常存在於高速葉輪機械中，即流場中既有亞音速區，也有超音速區，並且存在形狀、數量和位置未知的激波面和音速面。因此，跨音速流動是葉輪機械氣體動力學的研究方向之壹。在已知葉片通道幾何形狀的情況下，直接求解三維流動問題是第二個研究方向。工程上通常采用半經驗方法修正流體粘度的影響。此外，葉片型面上的邊界層與機匣或輪轂的環壁上的邊界層以及邊界層的主流之間的相互作用，會產生所謂的“二次流”現象，對渦輪機械的性能影響很大。因此，葉輪機械中粘性流動的研究是第三個方向。噴管——噴氣發動機中的壹個部件，將高壓氣體(或空氣)轉化為動能，使氣流在其中膨脹加速並高速噴出，產生反推力，也稱為排氣噴管、推力噴管或尾噴管。噴管的類型很多，有固定式或可調式收斂噴管、收斂-發散噴管、引射噴管、塞式噴管等，根據飛機的性能和發動機的工作特點來選擇。大多數高速戰鬥機采用可調收斂噴管和可調收斂-發散噴管或引射噴管；固定的收斂-擴散噴管通常用於火箭發動機；垂直/短距起落飛機使用反向噴管。
噴嘴入口處的總壓與噴嘴出口處的靜壓之比稱為噴嘴壓降比、膨脹比或壓比。縮放噴管的出口面積與臨界橫截面積(最小橫截面處的面積)的比值稱為噴管擴張面積比，俗稱面積比。當噴嘴出口靜壓剛好等於外界大氣壓力時，稱為全膨脹噴嘴，其性能最好。當噴嘴出口處的靜壓大於外界大氣壓力時，稱為不完全膨脹噴嘴，氣流的壓能沒有完全轉化為動能。當噴嘴出口靜壓低於外界大氣壓力時，稱為過膨脹噴嘴，這時就會出現負壓推力。
橫截面積沿流動方向逐漸減小的噴嘴。收斂半角通常為7° ~ 35°，在大馬赫數飛行時會因膨脹不完全造成很大的推力損失。例如，當馬赫數為1.5時，損失約為14%；馬赫數為3時，損失超過50%。這種噴管結構簡單，重量輕，用於亞音速或高超音速飛機的發動機。
收斂-擴散型噴嘴橫截面積先收斂，然後沿流動方向擴散的噴嘴。它是由瑞典的C.G. Laval發明的，所以也叫Laval噴嘴。這種噴管用於超音速戰鬥機時，臨界面積和出口面積需要隨飛行狀態進行調整；用於火箭發動機時，面積比可達7 ~ 400。現代火箭發動機最常用的是鐘形噴管，出口半角減小到2° ~ 8°，長度較短。還有幾種較短的環形噴嘴，如塞式噴嘴、膨脹偏轉噴嘴、回流噴嘴和平流噴嘴。其* * *特點是氣流有自由膨脹邊界，可隨外界壓力自動調節，常處於完全膨脹狀態，但應用不廣泛。
可調噴管主要用於高速飛行的軍用飛機的加力渦噴發動機或加力渦扇發動機。噴管面積比容易調節，可以隨飛行條件變化，經常處於完全膨脹狀態。結構類型有平衡桿式、折疊式、折疊花瓣式、套錐式等。
引射噴管由壹個可調收斂主噴管和壹個固定或可調引射套筒組成。主流的引射作用帶動二次流在主流氣柱和引射套筒之間流動，二次流對主流起氣墊作用，限制其膨脹。調節次級流量可以控制主流的流通面積，使其達到或接近完全膨脹。噴射器噴嘴重量輕且結構簡單。它能在較寬的飛行範圍內保持良好的性能，已廣泛應用於許多高性能飛機。
二維噴管的出口截面不是圓形的，易於實現飛機後體與噴管的壹體化，減少飛機的外部阻力和暴露面，提高飛機的性能和隱蔽性；還可以實現推力換向和反向，增加機動性。
噴嘴材料噴嘴材料的選擇與噴嘴結構和冷卻方式密切相關。鎳基高溫合金常用於燃氣渦輪發動機噴管，不銹鋼用於液體火箭發動機再生冷卻噴管。輻射冷卻噴嘴的延伸部分采用鈮合金等耐熱材料；固體火箭發動機常用復合材料，與氣流接觸的部分選用耐高溫或耐腐蝕材料，背壁選用隔熱材料。在噴管中受熱最嚴重的喉道內側的耐高溫層稱為喉襯，可采用高熔點金屬如鎢及其合金或發汗材料、金屬陶瓷、石墨、碳碳復合材料等。入口部分主要由石墨酚醛或碳酚醛材料制成。高矽酚醛或碳酚醛材料通常用於出口部分。