潜堤是港口海岸工程的重要结构物之一,拥有良好的调流、减淤功能。利用开源计算流体力学(CFD)程序、离散单元法(DEM)程序和开源耦合库,建立了气液两相流耦合粒子运动的数学模型,对潜堤附近水流泥沙运动进行了模拟研究。主要研究内容和结论如下:(1)在开源程序OpenFOAM的基础上建立三维水流数学模型,其中气液两相流流动控制方程为三维RANS方程,紊流模型采用RNG k-?,气液两相的自由表面采用VOF方法描述;利用LIGGGHTS离散单元法程序建立三维泥沙颗粒运动数学模型,颗粒运动方程为牛顿第二运动定律,颗粒间接触模型采用Hertz-Mindlin无滑移模型;利用CFD与DEM耦合库在前两者基础上建立了三维水流-泥沙耦合数学模型,模型中对原有气液两相流控制方程加入了耦合相关量,水流-泥沙颗粒相互作用及数据传递由耦合库完成。(2)利用建立的三维水流模型模拟了明渠水流的流动特性,分析了流速剖面以及沿程流速分布,并与相应的物理模型试验进行了对比,验证了水流模型的合理性。(3)利用建立的三维泥沙颗粒运动数学模型,分析了不同时间步对计算结果合理性和计算耗时的影响,验证了泥沙颗粒运动模型的合理性和时间步长的合理取值范围。(4)利用建立的三维水流-泥沙耦合数学模型模拟了泥沙在水下的休止角,对比分析了滚动摩擦力存在与否对水下休止角的影响,水下休止角模拟值和相关物理模型试验结果吻合良好,验证了耦合数学模型的合理性。(5)将所建立的模型应用于潜堤附近水流泥沙运动的研究分析,由于耦合方法的计算量问题,研究限制在实验室尺度。模拟分析不同来流流速下潜堤前后局部流场,在流场模拟的基础上模拟分析了潜堤存在前后对泥沙颗粒运动的影响。