PDC钻头井底流场是复杂结构的三维非自由多股淹没射流湍流流场。在考虑钻头的详细结构和钻头旋转的情况下对钻头的井底流场进行数值模拟是一项具有较高难度和挑战性的工作。该项工作对详细地了解PDC钻头的微观流场，指导PDC钻头的水力结构优化设计具有十分重要的意义。本文在充分分析PDC钻头的结构和流体流动特点的基础上，对PDC钻头水力结构进行了流场数值计算研究和流场的实验研究。取得了如下的研究成果： 建立了一套适合于实体PDC钻头静止时流场的数值模拟方法。该方法概括为：在CAD软件中建立需要模拟的PDC钻头三维实体模型以及钻头与井壁之间的流动实体；对流动实体进行结构化与非结构化相结合的混合网格划分；采用高Re数k-ε模型和壁面函数法，实现了对PDC钻头静止时井底复杂三维流场的数值模拟。利用粒子成像测速技术(PIV)，建立实验台架，通过测试喷嘴的射流速度对模拟结果进行了实验验证，测试结果与模拟结果基本吻合。 建立了一套适合于PDC钻头旋转时流场的数值模拟方法。在单一旋转参考坐标系中，采用重整化群RNG-k-ε模型和壁面函数法，实现了对PDC钻头旋转时三维流场的数值模拟。 在模拟的PDC钻头微观流场中：发现了喷嘴倾斜角度较大时射流的附壁现象；认识了射流在井底的工作机理，射流在井底漫流区上方的低压涡流区，以及喷嘴射流在井底形成的高压靶点；对比了各个喷嘴射流流场的携岩质量、射流轴心速度、射流轴心湍动能以及射流轴心压力，在四个喷嘴中找出了相对最佳的射流喷嘴；发现了钻头井底速度场中存在低压低速区、回流区，这些区域容易出现泥包；发现了切削齿背部的流体速度较高，而在齿的切削刃部位速度都很低，这样对于聚晶金刚石复合片的冷却以及及时带走岩屑不利；模拟结果能够展示钻头井底压力不平衡状态，从而实现对钻头井底清洗能力的评估。 在此基础上，探讨了对PDC钻头水力结构设计的评价方法。从模拟流场中分析各个喷嘴的射流质量，井底速度场质量，各喷嘴射流在井底的流动方向，以及钻头在井底压力场分布的不均衡性等，可以评价出设计的优劣。最后，分析得出PDC钻头的牙齿和PDC钻头的旋转对PDC钻头的流场有不同程度的影响，在对设计的PDC钻头水力结构进行流场的评价分析时，要考虑这些因素。 上述研究成果丰富和发展了PDC钻头水力结构的研究理论，对进一步指导PDC钻头的水力结构优化设计、提高PDC钻头的使用性能具有重要的学术理论意义和工程实际意义。