无论是生活中还是实际工程中圆柱绕流均是十分常见的现象。随着社会飞速发展,我国修建了大量桥梁及海上项目,这些建筑无论在经济上还是生活中其均扮演着重要的角色。然而由于漩涡脱落引起的周期性变化的阻力、升力可能引起结构疲劳损伤甚至破坏,该情况一旦发生将会带来巨大的经济损失。因此准确计算桥梁墩柱水流力,透彻理解水流力产生机理,在实际桥梁工程中具有十分重要的意义。国内外学者对圆柱绕流现象已经开展了大量研究,并在墩柱水流力参数及流场特性等方面得到了一系列结论。由于受试验条件及实验成本等因素的限制,采用模型试验开展圆柱绕流研究的较少;由于计算资源的限制,数值模拟大多数是基于二维模型开展的,这与桥址处水深相对较浅、流场具有明显的三维特性不符,并且现有研究中自由液面的影响未考虑,以三维单相流绕流居多。针对以上不足,本文通过数值模拟软件对亚临界区单柱、双柱及三柱不同排列方式、不同柱间距下的三维两相流绕流现象进行研究,并结合数值流场对墩柱水流力特性、产生机理以及不同柱间距下的特点进行分析,主要内容如下:1.结合现有实验及数值模拟数据,对数值模型的网格尺寸、湍流模型及控制方程解耦方式等一系列计算参数的正确性及合理性进行验证,确定适用于亚临界区三维两相流绕流的数值计算方法。2.对具有自由液面影响的三维两相流单柱绕流进行研究,分析圆柱表面压力沿水深分布规律,以及流场三维特性等。3.研究两圆柱在并列、串列、错置时的三维圆柱绕流现象,并对L/D=2柱间距下各柱受力特点、水流力参数及三维流场进行精细化分析,研究L/D=3,4,5时柱间距对圆柱受力及水流力参数等的影响。4.研究三圆柱在并列、串列、错置时的三维圆柱绕流现象,并对L/D=2柱间距下各柱受力特点、水流力参数及三维流场进行精细化分析,研究L/D=3,4,5时柱间距对圆柱受力及水流力参数等的影响。通过研究,得到了单柱绕流时,圆柱表面压力沿水深分布规律;得到了双柱、三柱在并列、错置、串列时阻力、升力和流场特性,以及升力、阻力的产生机理;得到了柱间距变化时,双柱、三柱升力、阻力和斯特劳哈尔数变化规律。研究成果可为桥梁下部结构水流力计算、桥梁水害防护措施研发提供参考。