随着社会经济的高速发展,人们对生态环境的可持续性越发重视。水工建筑物在提供防洪、发电、灌溉等效益的同时,对河流湖泊造成了阻断,致使鱼类的繁衍受到了极大的影响。鱼道作为帮助鱼类洄游的水工建筑物,对河流的连通性起到了至关重要的作用。波纹钢管涵洞式鱼道作为鱼道的一种,因其造价低、便于施工以及过鱼效果好等特点,在国外被广泛应用。出于对波纹钢管涵洞式鱼道不同于其他非管类鱼道上顶部与空气完全接触的结构特征的考虑,同时为了在计算准确的前提下更加真实的展现出管内水流部分的漩涡形态,本文主要使用了大涡模拟的数值模拟方法同时对管内的空气与水流进行模拟,将管内流体流动看作互不掺混的气液两相流流动,最大程度还原了管内的真实流动状态,避免了在数值模拟软件在明渠设定中空气对水流作用的忽视,以及波浪参数设定的不准确性。主要研究内容和结论如下:(1)本文分别使用了大涡模拟法和雷诺平均法对波纹钢管内水气两相流的流动进行了数值模拟。对比了两种方法模拟结果的差异,并结合物理模型试验数据加以率定。结果表明,大涡模拟法模拟的流速场相比于雷诺平均法能更好地捕捉漩涡形态,且更为真实地刻画了流场的速度分布。(2)本文对不同工况、不同时间流体纵断面的体积分数分布进行了分析。研究表明,水面流动有明显的波浪形态且流量值的大小是影响波纹钢管涵洞式鱼道内水流形态的主要因素,而坡度的布置对波浪的形态几乎没有影响。在相同的时间下,流量越大水流形态随时间变化越快。(3)就流速的空间分布而言,相同坡度下,出口流速值大致相同,流量较小的工况沿程速度变化较小,流场整体流速偏小;相同流量下,较大坡度的工况在管道后半程的流速增长较快,出口流速更大,水位更低,水面线坡度更陡,不适宜鱼类洄游。就流速的时间分布而言,主流区最大速度核心位置的速度值与时间呈正比例关系,随着时间的推进,该区域流速值缓慢增长。结果表明,水流在靠近管壁的低流速区域发生紊动,有漩涡产生;主流核心区域几乎不发生紊动。随着时间的推进,坡度大小对主流核心区流速的变化起到了主要作用。(4)就涡量方面而言,管内水流漩涡主要沿管壁结构分布,7.8m与8m位置是每种工况高强度涡必然发生的位置。且中高强度涡在管壁附近的分布频率较高。在流量一致的情况下,坡度越大,涡量起始的运动位置就越靠前,且运动速度越快。相同坡度下,流量越大,涡量发生运动的起始位置也越靠前,运动速度也越快。