流体与固体相互作用的耦合问题一直是众多学者十分关注的,在以往的研究中,人们更多是关注流体与固体相互作用对设备安全可靠性的影响,并取得了一些有益的成果,为结构的合理设计提供了依据和指导。但对于水力旋流器来说,流体与固体相互作用下的流场规律变化更是值得关注的问题。随着流固耦合理论和数值计算方法的发展,如何应用先的进数值方法深入研究水力旋流器变径圆管内耦合流场变化规律及结构的动力响应特性,提升其稳定性和可靠性具有非常重要的理论和实际意义。本文提出了适合于变径圆管结构的双向流固耦合模型,并展开了相关的数值模拟和实验研究。论文以水力旋流器这一典型变径圆管结构为研究对象,充分考虑结构与流场的相互作用,在小变形假设的基础上,采用雷诺应力的湍流模型为流体的计算模型,基于有限体积法,建立控制方程的空间域和时间域离散形式。采用ALE方法,实现了流体动网格的描述。结合二阶精度的计算格式和非平衡壁面方法,建立流体域湍流控制方程的计算体系。固体域应用有限元理论,采用Newmark时间积分方法对变径圆管结构的动力学方程进行数值求解。建立了耦合界面物理量传递方程,采用交错迭代式耦合求解的计算方法,实现了水力旋流器变径圆管双向耦合计算模型的构建。应用所建立的流固耦合模型,分别对无外力作用的有机玻璃材质和周期力激振作用下不锈钢材质的变径圆管结构的内流场,在不同条件下进行了数值模拟研究,并与非耦合条件下流场进行对比分析,得到耦合与非耦合之间流场的区别和耦合流场的分布特点。应用LDV测试技术,对耦合流场进行了测试分析,同时将数值计算结果与实测结果进行了对比分析,耦合流场与实测流场吻合度较好,证明了本文建立的流固耦合模型的可靠性。对上述两种材质的结构,进行了结构耦合的动力学特性分析,应用耦合理论对变径圆管结构进行了模态分析,获得了结构的振动特性;并与开展相关试验的实测结果进行了对比研究,二者的振动特性具有一致性。通过对耦合界面的响应特性的数值分析,获得了结构运动的时程响应特性;与实测结果比对分析,二者之间具有较好的一致性。从结构响应的角度验证了耦合模型的合理性。通过以上分析表明,针对变径圆管结构所建立的双向流固耦合模型是合理的,耦合作用对变径圆管结构内流场的影响是不能忽视的因素。流体与结构的相互作用,不但改变了流场分布,而且也改变了结构的运动特性,也加快了流体能量的衰减。这些都是在以后设计和应用中需考虑的影响问题。