泄水建筑物的水流特性一般具有三维性和紊动性,对于最常见的泄水建筑物—泄洪洞同时还具有自由表面。泄洪洞带曲线的自由表面,复杂的几何边界给三维数值模拟带来很大难度。泄洪洞作为主要的泄洪建筑物之一,在峡谷型大中型水利枢纽中得到广泛的应用,泄洪洞常常采用模型试验的方式来验证工程的安全性。本文针对泄洪洞的研究现状和发展动态作了比较全面的回顾与展望。当前,数值模拟技术成为了研究泄洪洞水力特性的重要手段,数值模拟日益成为研究高速水流的重要技术工具,在边界条件正确、网格划分合理、数学模型选择恰当的前提下,数值模拟能够真实反映模拟对象的水流特性。本文利用商用软件FLUENT对甘肃黑河三道湾水电站泄洪排水洞进行物理模型对照的三维数值计算。本文从N - S方程出发,利用有限体积法对高水头下水库无压泄水洞水流进行了紊流数值模拟,根据多种紊流模型的优缺点进行比较,选择了Launder和Spalding于1972年提出的标准的k -ε紊流模型,用VOF方法处理自由表面,利用几何重建格式来生成自由表面,对复杂的边界采用非结构网格进行处理。在对方程离散时采用了交错网格技术,在对离散方程求解时则采用了交替方向叠代技术(ADI法)。为保证数值计算的稳定性和精确性,采用了目前较为流行的SIMPLER类计算程序。通过对工程实例的模型试验,得到了全面的试验数据,进一步对该工程泄洪洞明流段的紊动流场进行了三维数值模拟,得到了泄流能力、流速场、压力、水面线等的分布规律,数值模拟和试验结果的对比分析表明,两者吻合较好。建立的三维紊流数值模型能够比较准确的模拟泄洪洞的三维水流,为泄洪洞的设计提供可靠的分析依据。