泥沙输运问题一直以来都是河流动力学研究中的重要内容,由于泥沙运动对河流的变迁有着重大的影响,从细观角度上研究泥沙在自由表面水流中的运动行为也因此具有重要意义。对于泥沙颗粒的微观运动行为的研究,有助于泥沙运动的若干机理问题的探讨,并有助于发展适用于工程应用的宏观计算模型。立足于考察泥沙运动的细观行为特征,本文采用离散单元法(DEM)模拟泥沙颗粒运动,结合带自由表面的水动力学计算(CFD)模型,建立了CFD-DEM耦合数值模型。计算程序开发基于Fortran语言,采用OpenMP语言库实现程序的并行化。耦合模型中实现了硬球模型和软球模型两种颗粒碰撞模型,应用范围较广。作为自由表面水流与泥沙颗粒流数值模型的初步研究,本文在模型建立的基础上,对模型做了基本的验证。分别通过单个颗粒在静水中的沉降问题和不同密度混合颗粒群分选问题以及波浪对底床沙粒运动的影响三个计算工况,初步验证了自行开发的CFD-DEM程序的可靠性和模型的正确性及模拟精度。该耦合模型可进一步为自由水流中的泥沙颗粒细观行为的研究提供有效的技术手段,丰富带自由表面水流条件下泥沙运动的研究手段。使得可以从更加细观的角度进行水中泥沙颗粒行为的研究,进而总结泥沙运动的宏观特征,从而应用于工程实际。