水流与墩柱相互作用过程中水流强烈紊动,对墩柱损害严重,导致桥梁垮塌和撞桥事件。桥梁垮塌与撞桥事件的因素有许多,有相当一部分原因是桥墩设计时对墩柱在河流中所受绕流阻力和桥墩影响水流区域范围没有准确把握对墩柱周围水动力特性及绕流阻力方面的研究具有重要的工程实际意义。本研究采用数值模拟方法对水流与不同截面型式墩柱开展三维数值模拟研究,基于开源OpenFOAM程序包interFoam求解器,选取大涡模拟,分析方形墩柱周围流速变化规律;探讨特征断面水深位置时均涡量的分布;分析墩后尾涡脱落频率;分析三维涡动结构;探讨绕流阻力和尾涡区面积时均特征;探讨墩柱截面直线段长度L、圆端长短轴比值a/b与墩后尾涡区之间的关系。结果表明:不同截面型式的墩柱周围流场和流速变化过程规律一直。墩柱上游,出现马蹄形涡;墩柱两侧壁面出现低速区,墩柱下游,出现一对左右基本对称、旋转方向相反的两个较大涡流。雷诺数Re为7500～20000时,特征断面水深位置(z/h=0.5)时均涡量的分布随雷诺数增大范围越大。墩后尾涡脱落频率,无明显变化,方形、前半圆、后半圆、圆端形斯特劳哈数分别为0.139,0.212、0.185、0.275;墩后水体发生强烈紊动,有明显的尾涡脱落现象,雷诺数越大,尾涡脱落越明显。发现墩柱周围最大横流约为来流流速的42%。方形墩柱距分离点增加10mm,流速减小约18.98%;前半圆形墩柱距分离点增加10mm,流速减小约21.91%;前半圆形墩柱距分离点增加10mm,流速减小约12.88%;圆端形墩柱距分离点增加10mm,流速减小约19.12%。对绕流阻力系数进行分析,发现迎流面为半圆形时绕流阻力系数为方形时的1.5倍;结合理论分析,进行理论推导,建立新型绕流阻力公式;发现方形墩柱与三种类椭圆形墩柱墩后尾涡区时均相对面积、无量纲时均绕流阻力和无量纲化新型绕流阻力公式时均关系系数与雷诺数之间均存在较好的线性关系。圆端形墩柱改变直线段L的长度,发现墩后尾涡区面积随墩柱直线段L/B具有较强的线性关系;改变圆端长短轴比值a/b的大小,发现墩后尾涡区面积与墩柱圆端长短轴比值a/b无明显线性规律。