复杂流动下的泥沙起动、输运及局部冲刷一直是河流、海岸工程研究的重点课题。以往研究主要以床面平均切应力公式或挟沙力公式研究泥沙输运和冲刷,并不适用于涡旋以及强紊动作用存在的复杂流动条件。随着离散元法的发展,从细观尺度模拟水流泥沙运动得到了快速发展,它有可能揭示复杂流动下泥沙颗粒的运动规律。本文利用计算流体力学软件OpenFOAM和离散元软件LIGGGHTS建立的水流—泥沙运动耦合模型,采用大涡模拟模拟流场,并与离散颗粒模型耦合,从细观尺度上研究了复杂流动条件下泥沙的起动输运规律以及局部冲刷机制。本文主要研究内容和结果如下:(1)应用动态一方程紊流模型进行了圆柱绕流运动数值模拟,分析了圆柱周围的流场分布(水平流速、垂向流速)以及压力分布情况,并与RNG?-?紊流模型结果以及物模试验结果进行了比较,结果表明动态一方程紊流模型能够合理描述圆柱周围复杂的绕流流场及压力分布等。(2)通过耦合模型对后台阶下游三维水流流动及泥沙的起动和输运进行了数值模拟,紊流模型较好地模拟了台阶下游的时均流场、紊动强度以及雷诺应力分布,计算得到的台阶下游泥沙起动概率以及床面输沙率分布与实验结果符合较好,揭示了在复杂水流条件下,紊流结构及涡旋运动对泥沙起动有重要作用,而时均流动对床面输沙起关键作用。(3)利用水沙耦合模型对单向流作用下圆柱周围的泥沙运动和床面冲刷进行了数值模拟,分析其冲刷过程以及冲刷深度,同时研究了冲刷过程中圆柱周围的流速分布、紊动能及涡量场的变化情况,结果表明马蹄形涡系及柱侧的加速水流是圆柱上游局部冲刷的主要水动力因素,而圆柱下游冲刷的主要因素是尾涡和紊流作用。