带自由表面的后向台阶流动不仅是流体力学中复杂分离流的一个典型例子,同时也是许多工程领域中一类常见的流动现象。本文在总结前人的研究成果的基础上,采用realizable κ—ε紊流模型,用VOF方法处理自由表面,建立了二维带自由表面的后向台阶流动的数值模型。得到了不同雷诺数工况下,台阶后流场的一系列的变化规律,给出了纵向流速、紊流强度、紊动能和耗散率的沿程分布。所得结果经运用PIV测速的原型实验的观测结果验证,证明吻合较好。在此基础上,对雷诺数Re=1350的带自由表面的后向台阶起动流进行了数值模拟,得到其流场特性随时间变化的规律,发现台阶后压力场的周期性变化现象,并讨论了自由表面的波动和台阶后大尺度旋涡结构的产生、发展及溃灭的过程对再附着长度的影响,自由表面波动现象和与台阶处的距离对台阶后压力场的周期性变化的影响。