船式拖拉机是我国特有的水田机械装备,工作时船体“浮”于土壤表层滑行,船体与水田土壤之间的相互作用是船式拖拉机行驶阻力的主要来源。本文基于船舶理论和计算流体力学,建立船体在多种非牛顿流体下的粘性绕流场模型,分析船型、船速等参数对粘性阻力、兴波能力等关键性能的影响规律。完成工作如下:(1)水田土壤流变性能实验及宾汉流体流变模型。采集三类典型工况水田土壤,选用旋转型流变仪获取其塑性粘度和屈服强度,并测量其密度,建立三类不同水田土壤的宾汉流体流变模型,为后续的研究奠定基础。(2)基于单相流的船体粘性阻力数值模拟。建立船式拖拉机船体的单相流数值模型,研究船体底板倾角大小、工况速度与粘性阻力之间的关系,获得减阻率,并分析其减阻机理。结果表明:在相同速度下,减阻率随倾角增大而增大;与光板船体相比,倾角30°船体在常用工况速度下的最高减阻率达16.8%。(3)基于两相流的船体粘性阻力及兴波阻力数值模拟。建立船式拖拉机船体单相流及两相流数值模型,研究倾角30°船型和光板船型的工况速度与粘性阻力及兴波阻力之间的关系,获得减阻率,讨论船型对兴波阻力的影响并分析机理。结果表明:倾角船体粘性阻力减阻率最大为13%,但其对兴波阻力不具备减阻效果。(4)含有水层的三相流船体阻力数值模拟及实验验证。依次建立船式拖拉机船体在不同工况速度下单相流、两相流及含有水层的三相流数值模型,获得粘性阻力和兴波阻力,分析波高曲线,并开展船模实验。结果表明:水田土壤参数是影响船体阻力的重要因素;由于不满足动压润滑条件,水层的减阻效果不理想,并提出可实现的解决方案;开展船模实验对比船行波形状,发现船模实验与数值计算结果非常一致,表明数值计算结果可靠。总之,本文依托现有船式拖拉机船体,以水田土壤的非牛顿流体流变模型为基础,构建基于三类典型工况土壤的多相流数值分析模型,分析船式拖拉机船体的粘性阻力和兴波性能,并开展船模实验验证波形。该研究对船式拖拉机船体阻力数值模拟和船型减阻设计及提高船式拖拉机工作效率均具有指导意义。