颗粒悬浮流在工农业生产和自然界中广泛存在，比如细胞颗粒分离，流化床，管道输运，以及更为常见的河道中泥沙沉降和输运等。尽管对这种流动已经有了大量的实验、数值方面的研究，但由于颗粒与流体之间相互作用的复杂性，至今对其流动特性以及作用机理仍缺乏足够的认识。　　本论文采用并行化的虚拟区域方法对方管中中性悬浮颗粒的惯性迁移现象及颗粒与方管湍流的相互作用问题进行了直接数值模拟，层流状态下研究了不同尺寸的颗粒在不同雷诺数、周期性管长下的迁移平衡位置及其稳定性问题，湍流状态下研究了颗粒对方腔二次流、湍流统计量和流场涡结构的影响。　　管道雷诺数为100-1500范围内，颗粒的惯性迁移平衡位置分为方管对角线和中心线两种。随着雷诺数的增加，对角线上的平衡位置愈靠近角落，中心线上的平衡位置则先靠近壁面，再远离壁面，形成类似于圆管中的内部平衡位置;小颗粒的平衡位置比大颗粒更靠近壁面，尤其对中心线处的平衡位置影响较大。在低Re条件下的长管(管长4H)中，对角线上的平衡位置稳定性较弱;高Re下，中心线上平衡位置同样趋于不稳定，小颗粒表现的比较明显。缩短管长即短管(管长2H)条件下，颗粒之间的距离减小，颗粒链更加稳定，颗粒诱导涡分布于整个管道中，使得对角线和中心线上的两个平衡位置都能稳定存在。高Re下，管长的加长，易使得流动向湍流转变，从而得不到平衡位置。多个颗粒的惯性迁移遵循单颗粒的迁移规律，在平衡位置处形成流向上稳定的颗粒链结构。　　剪切雷诺数为150条件下，中性悬浮的颗粒在低浓度下增加了中心截面的流向平均速度，但整体而言则是增加了流动阻力。颗粒浓度的增加使得二次流中心沿着近似直线的轨迹向方管中心内部靠近。同浓度下，小颗粒对二次流的影响要大于大颗粒。颗粒的存在对大尺度流向涡起到了抑制作用，使得大尺度涡破碎成小尺度涡，减弱了流体上抛运动，削弱了近壁面处的流向脉动速度均方根值，增加了近壁面处的法向和展向的脉动速度均方根值。颗粒的削弱作用在流向最大脉动速度均方根值附近达到最强;在对数律区域，流向脉动速度均方根值变化不大，法向和展向的脉动速度强度受到不同程度的削弱。相同条件下，颗粒浓度越大，尺寸越小，作用越明显。颗粒的存在对中心截面处的雷诺应力主要体现了削弱作用。浓度越大，雷诺应力减小的越多。颗粒对脉动速度概率分布的影响，在流向上:增加小脉动的概率，减小大脉动的概率;在法向和展向上:增加了近壁区大脉动的概率，减小了小脉动的概率，在对数律区则刚好相反。随着颗粒浓度的增加，上述效应愈加明显。同时颗粒的加入会减小近壁面处流向脉动速度的倾斜度。