运动界面的数值模拟研究具有重大的理论和现实意义。在解决具有运动界面的流体问题中,Level Set方法得到了越来越广泛的使用。本文通过三维粘性不可压RANS方程流场求解器和单相Level Set方法的结合在结构网格上模拟由水和空气构成的自由面,以及在此基础上加入简化后的气泡分离两相流模型,研究气泡分离流动对表面船航行环境的影响。流场求解器应用隐式算子分割算法(PISO)和压力泊松方程,自由面捕捉应用自由界面模型,湍流模型使用标准和低雷诺数k -ε模型。方程离散应用有限差分方法,在时间上采用一阶欧拉后差法,空间上采用二阶逆风、二阶中心差分等格式。得到的差分方程求解应用交替方向隐式法(ADI)和松弛法。气泡分离两相流模型中,流体动量方程使用有限分析法,连续方程使用控制体积法来进行离散。气体动量方程使用全逆风方法,而气体连续和气泡数量密度方程使用包含了TVD通量限制器的控制体逆风方法离散。数值计算时,在特定区域内进行加气处理。最后,应用NACA0024翼型和Wigley Hull模型算例来验证方法的可行性和正确性。本文的研究工作主要有以下几个方面:(1)分析应用基于有限差分方法的三维粘性不可压RANS方程流场求解器;(2)实现流场求解器与单相Level Set方法的藕合;(3)加入标准和低雷诺数k -ε湍流模型(4)简化了气泡分离流动模型,并加入到流场计算程序(5)数值模拟了NACA0024翼型和Wigley Hull模型在水下运动的情况,并分析验证了程序的可行性与准确性;(6)对本文的工作进行了总结,并提出了进一步研究展望。