对于研究泥沙群体性运动和实际工程的人来说,泥沙颗粒受力一直是研究泥沙问题的基础和关键。天然泥沙颗粒和其所处流场都具有随机性,给泥沙颗粒受力的研究带来了困难。泥沙颗粒在流场中受到重力、颗粒之间的相互作用力、水流对其施加的上举力和拖曳力,泥沙起动以后会受到摩擦力等。颗粒的受力也受到多种因素影响,包括:流场条件,颗粒形状和表面粗糙度,水体浓度,颗粒级配与排列,以及暴露度等,使泥沙受力复杂化。国内外学者对泥沙颗粒受力的研究由来已久,取得了很大进展,但在非均匀泥沙、紊流和雷诺数较大等情况下的研究仍有待深入。本文采用Flow3D软件对单颗粒泥沙和泥沙群在紊流定常流下的受力进行了数值模拟,针对单颗粒泥沙主要研究颗粒高度改变时流速梯度变化对泥沙受力的影响,针对群沙,文章重点研究不同排列方式下,暴露度和流场的变化对泥沙受力的影响。通过建立数模,得到了不同泥沙暴露度下,拖曳力系数、上举力系数和作用在颗粒上的力、力矩关于泥沙颗粒直径、流速等因素的一定规律。文章还用Tecplot360对结果处理,做出了泥沙颗粒附近的若干条流线,观察数值实验结果所得到的流线和涡量示意图,没有发现平面封闭的涡,单颗粒泥沙后部的流线沿水流方向如同拧麻花般交织在一起,流线弯曲旋转处的涡量变化较大,因此涡的表示应当基于三维空间。