高纬度地区的天然河道和人工渠道在冬季常存在结冰问题,其与人民生活、生态环境保护和社会经济发展都有着密切的关系,对水利、航运、水电工程的建设运行和管理工作都会产生重大影响,特别是在江河中出现冰塞、冰坝等冰凌洪水时,则会导致严重的凌洪泛滥灾害,造成人民生命财产的重大损失。防治冰凌灾害已成为国家发展中必须重视的问题。冰盖的生长与消融是一个水力与热力耦合的过程,其演变过程受到大气温度、水流流速、水深、风速以及河渠几何形状的影响。基于传热学理论,利用计算流体力学软件FLUENT建立水力和热力耦合的数学模型,对河渠结冰点位置进行预测,并通过改变影响河渠结冰的各个因素的取值,模拟出不同条件下河渠水温分布以及形成的冰盖厚度,并根据数值模拟结果得出寒区河渠冰盖厚度的变化规律,冰盖形成后水流速度场和温度场的分布情况,以及不同因素对河渠结冰的影响程度。此外,还建立了三维的实验室U型弯道的水槽模型,通过设定与实验室环境相同的边界条件,得出弯道各断面形成的冰盖厚度及冰盖形成后水流温度场和速度场的分布,对计算结果进行后处理,并将其与实验室数据进行对比分析。由于建立的二维河渠模型以及三维U型弯道模型所得结果都能与实验室实测数据有较好的一致性,表明本次研究具有一定的实效性,为模拟天然河渠的冰盖演变过程积累了宝贵的经验。