紊流在实验室试验水槽和自然河道中普遍存在。紊流中存在着涡系，对泥沙起动和输移有重要的影响，而传统的雷诺时均模型只能给出时均条件下流速和泥沙浓度分布，不能反映瞬时流动特性以及瞬时流动对泥沙输移的影响，因此需要研究更加精细的模拟技术。随着计算机计算速度和存储能力的提高，大涡模拟技术得到了迅速发展，大涡模型可以计算得出水流和泥沙输运的瞬时规律。本文建立了悬移质泥沙输移的大涡模型及边界条件。在大涡模拟中，通过过滤将水沙模型中的变量分解成大尺度量和亚格子量，直接求解大尺度量，引入亚格子应力模型模拟小尺度量。在程序中，基于有限体积法对控制方程进行离散，变量布置在非交错曲线网格上，采用中心差分近似扩散通量，分别采用中心差分和HLPA格式近似水流和泥沙计算中的对流通量，时间推进利用低存储的三步Runge-Kutta法。在Runge-Kutta法的第3步，采用SIP方法求解压强修正方程。针对复杂的几何边界问题，本文构建了基于直接强迫力法的浸没边界法，用于模拟复杂边界下的大涡模拟流动；采用直槽流动、方腔流动和丁坝绕流检验了流速分布、紊动强度分布、涡系分布和切应力分布；分析了丁坝绕流中丁坝长度L、丁坝长度与丁坝距离的比值L/D对流速分布、回流区的流动形式、紊动强度分布、涡量分布及涡系结构分布的影响，并研究了涡体的发展变化过程。针对自然条件的泥沙床面，建立了粗糙边界处理方法和悬沙计算模式；采用经典的净淤积试验对沿程的流速分布和泥沙浓度分布进行验证，获得与实测数据符合较好的结果；引入不同的对比算例，分析了水流的宽深比B/H对横断面上二次流动和涡体结构的影响，讨论了宽深比B/H和二次流动对主流流速、紊动强度和切应力在横断面上分布的影响，并研究了宽深比B/H和二次流动对泥沙浓度在横断面上的分布以及沿程沉积率的影响。针对悬移质泥沙输移的三维特性，建立了悬移质泥沙计算中含有恢复饱和系数的近底部边界条件，用于研究细颗粒悬移质泥沙起动与输移的特性；采用直接模拟结果和Rouse公式分别检验了直槽中的流速分布和泥沙浓度分布；采用循环算例和长槽道算例分析了冲刷平衡的条件下和净冲刷条件下的流速、紊动强度、切应力的分布、泥沙浓度以及垂向泥沙紊动通量的分布，讨论了瞬时流动结构对瞬时泥沙浓度分布的影响，以及猝发与扫射对泥沙浓度分布的影响，给出了紊动扩散系数和Schmidt数的分布，并探讨了近底部泥沙紊动通量的概率分布。