含植被的明渠水流是现实中常见的流动，是水环境和水生态中的一个重要研究对象。长时间以来，研究者们对其进行了大量的研究，并取得了很多成果。然而，由于湍流、流固耦合的复杂性，对含植被明渠水流的研究仍有发展空间。在数值模拟方面，已有的文献对固体的处理方法可分为经验方法和直接方法。经验方法通常简单方便，计算量小，但它对于具有复杂几何形态的刚体和可变形的柔性体适应性差。而直接模拟固体是一种一般方法，可用于任意形状的固体，但通常计算量较大，且需要较密的网格。浸没边界-格子 Boltzmann 方法（IB-LBM）是一种模拟流固耦合的简单易行的方法。由于使用笛卡尔网格，网格生成简单并且不需要随固体的移动而调整。格子 Boltzmann 方法演化方程简单，易并行。浸没边界法可用来对固体形状尺寸进行直接描述。本文使用浸没边界-格子Boltzmann方法，通过直接考虑固体表面的无滑移条件模拟流固耦合；使用MRT模型增强算法的稳定性，结合大涡模拟，引入格子 Boltzmann 方法的局部网格加密算法，对较高雷诺数刚性植被群绕流进行了模拟。本文主要工作如下：
　　1. 用IB-LBM方法结合大涡模拟和局部网格加密模拟含植被流动：
　　大涡模拟和直接考虑固体形状尺寸要求网格足够密以能够近似的描述固体几何形态。因此，需要设法保证网格步长足够小，同时解决高计算成本问题。针对此问题，本文使用MRT模型并引入相应的局部网格加密算法。对需要加密的区域，简单地用更细的笛卡尔网格覆盖即可，操作上比经典CFD方法的一些网格加密方法更简单。粗细网格之间使用矩变量进行信息传递，只有与应力张量有关的部分矩变量需要改变值。通过与实验结果对比，验证了算法的精确性。
　　2. 分析了双层刚性植被的密度和密度比对垂向流速分布的影响：
　　使用 IB-LBM，在不同的植被密度和密度比条件下对含双层刚性植被的明渠水流进行了模拟。主要考察时均纵向流速的垂向分布规律。分两种情况考虑。第一种情况是保持高低植被的密度比或数量比不变，改变植被密度，分析植被密度对流速分布的影响。第二种情况是保持一种植被的密度不变，改变另一种植被的密度，从而改变高低植被的密度比，分析高低植被密度比对流速分布的影响。根据模拟结果，保持高低植被密度比不变，同时改变高低植被密度时，随着植被密度增大，流速分布曲线在高植被顶部附近的曲率增大，继续加密转折点可能转移到高植被顶部；保持高值被数量不变，改变低植被数量，从而改变高低植被密度比，可能出现仅高植被顶部存在转折点、高植被和低植被顶部均有明显的凹弧段、仅低植被顶部存在转折点三种情况，它们对应的高低植被密度比依次减小。
　　3. 用IB-LBM模拟弹性细丝流固耦合：
　　使用 IB-LBM 模拟含弹性细丝的三维明渠流动。分别对一个细丝、排列方向与流向平行的一列细丝、排列方向与流向垂直的一列细丝和细丝方阵这 4 种情况下的流动进行了模拟，研究流速等的分布规律、细丝的变形和运动以及细丝和流体的相互作用。结果显示，前面的细丝的存在对后方有减速作用，使后面的细丝附近的流速、涡量小于前面的细丝的相应的值。涡量在细丝顶部取得最大值。等刚度细丝，弯曲时下方的点的曲率较大。细丝顶部有较大的垂向流速值。
　　本文用 IB-LBM 结合大涡模拟和局部网格加密，分别对含刚性植被和柔性植被的明渠水流进行了数值模拟。通过使用MRT模型和合适的松弛参数值，增强了算法法稳定性。使用局部网格加密，避免了全局或大范围使用细网格导致的大的计算成本。分析了双层植被密度和密度比对流速分布曲线的转折点的影响。模拟了带弹性叶子的植被的流固耦合。对更接近实际的植被模型进行数值模拟是未来植被流固耦合领域的重要发展方向，IB-LBM有望在该问题中获得更多的应用。