向家坝水电站因其坝址所在地对环境有特殊要求,不能采用雾化影响比较严重的挑流消能形式,初步设计采用了底流消能形式。但由于水头高、单宽流量大,消力池临底流速达到40m/s以上,严重威胁泄洪安全,因此,泄洪消能问题遂成为向家坝工程设计中的重大技术难题。四川大学高速水力学国家重点实验室结合向家坝水电站泄洪消能特点和对雾化有严格限制的要求,与设计单位共同提出了多股多层水平淹没射流这一新型消能方式。多股多层水平淹没射流消能兼有空间三元水跃和淹没射流两种流动特性,有自身独特的水力特性和消能机理,目前在国内外尚未有相关研究报道。多股多层淹没射流的紊动剧烈,流态相当复杂,现有的测试手段很难详细了解消力池内部的水力特性和强度,而数值模拟技术则能弥补物理模型测试手段的不足,能够得到详细的流场水力特性,从而为分析消力池的水动力特性及消能特性提供有力的科学依据。本论文研究采用国际上先进的紊流计算软件Fluent,选用水气两相流的VOF模型追踪模拟自由表面,采用RNGκ-ε紊流模型对向家坝水电站消力池三维流场进行数值模拟。对计算成果进行了大量仔细的分析,其主要研究内容与成果如下:　　1、从传统水力学的角度出发,对多股多层水平淹没射流消能型式进行了理论分析,推理了其水力公式和消能率计算公式;　　2、数模计算结果(水面线、消力池底板压力、临底流速)与物模试验结果吻合良好,从而证实数模计算结果基本正确,是可信的。数值计算结果信息量庞大,全面反映了消力池的水力特性和消能过程,是物理模型的有力补充,如流速分布、紊动能及耗散率分布等。消力池内流速分布详尽地反映了消力池内的主流位置、流速沿程衰减过程以及回流及旋涡状况等流动特性;　　3、四种计算工况的泄槽及消力池各部位的壁面压力均为正压。消力池底板压力变化平缓,没有明显的冲击点。底板及侧壁压力在消力池首部有一低压区(200kPa以上的正压),其余部位基本为静水压力分布;　　3、多股多层水平淹没射流由于水股间的碰撞大,相互间的剪切作用加剧,消能效果好。多股多层水平淹没射流的主流在消力池中部,流态稳定性较好。　　4、高低坎体型使下泄水流分割为上下左右相互错开的多股多层射流,并在消力池内生成大小不一、形态各异的多个旋滚,从而使消能率显著提高,同时能有效地减小消力池底板处的临底流速和脉动压力,降低出池水流的波动;　　5、多股多层水平淹没射流消能是一种环保型的消能方式,特别适用于高水头、大单宽流量,尤其适用于对航运和环境有特殊要求的大中型水利工程,具有较好的推广应用前景。