由于世界上的天然河流都是紊流,且床面通常由泥沙、砾石等粗糙元素组成,因此研究明渠粗糙紊流具有重大的工程意义。近年来,SPH这种无网格粒子法在模拟流动方面具有很大的潜力,但是在模拟明渠粗糙紊流上仍面临挑战。为此,本文开展了不同粗糙床面下明渠紊流的数值模型研究工作,主要研究成果总结如下:(1)详细研究了弱可压缩光滑粒子法(WCSPH)和明渠粗糙紊流最前沿的理论成果。明确了WCSPH数值模型的研究难点主要在于:首先SPH模型缺乏适合的紊动模型使其闭合,其次很难在模型中模拟靠近粗糙床面处的流动结构。(2)分别选用基于Smagorinsky假定和混合长度理论的SPS紊动模型进行数值模型实验,发现后者更加适合进行明渠紊流的模拟。(3)开发了用于处理粗糙床面的壁面函数模型,并应用其对水力光滑流、水力粗糙流和过渡流进行模拟,均得到不错的结果。为保证模拟精度,只将其应用于小尺度粗糙床面的模拟,而对于大尺度粗糙床面则采用改进后的拖曳力模型进行模拟。(4)为了方便壁面函数模型的应用,利用基于遗传算法的BP神经网络进行公式拟合,得到了能够应用于不同紊流流态下的壁面函数公式。