马蹄涡是造成水工建筑局部冲刷的主要动力因素,削弱马蹄涡强度,可降低局部冲刷强度,提高相关结构物的安全性。本文针对直立柱体带自由表面流动,建立了三维数值模型。数值模型基于有限体积法(FVM),湍流模型采用二阶的k-ωSST双方程模型。本文首先针对雷诺数为Re_D=39000的圆柱绕流物理模型实验,开展了圆柱绕流数值模拟。通过比较柱体附近相关位置的压力系数、速度场和床面剪应力,对模型进行了验证。模型验证的结果表明,模型的精度满足要求。本文进而开展了不同截面形状的柱体绕流数值模拟。本文旨在探讨柱体横截面形状对马蹄涡的影响,主要涉及马蹄涡的空间位置、强度,水位,床面压力系数以及床面剪应力的分布随柱体横截面形状而发生的改变。分析总结合理的截面形状,以达到削弱局部马蹄涡的目的。研究结果表明,马蹄涡的空间位置及强度随柱体横截面形状的不同而发生变化。此外,柱前的壅水高度及柱面前缘形状的尖锐程度均会对马蹄涡的空间位置和强度造成影响。