人工掺气减蚀设施能有效的降低泄洪洞内的空蚀现象，但掺气设施的体型设计缺乏可靠的设计理论。在设计过程中，常用水工模型试验对设计方案进行验证，进而提出相应的优化方案。通过模型试验进行体型优化有较多的局限性，使用数值模拟辅助模型试验能有效的解决这种问题。本文系统的阐述了泄洪洞高速水流空化与空蚀现象的产生机理，以及人工掺气减蚀设施的原理与研究思路，通过对各项理论的总结，提出体型优化的具体方式。在确定优化方式后，通过对数值方法及相关试验规范的深入研究，制定合理的试验方案，根据实际情况选择欧拉模型作为数值计算模型，并提出相应的数值计算过程。本文的研究实例为典型的高水头泄洪洞，选择该泄洪洞的一号掺气坎作为研究对象。该处的断面流速介于高速水流与低速水流之间，这种水力条件下的掺气设施体型设计难度较大，通常需要多次优化才能得到合理的体型。本研究实例首先通过对原方案先后开展模型试验和数值计算，通过比对各项重要参量，验证数值计算精度。在计算精度得到验证后，采用原方案的水力条件，使用数值模拟进行体型优化，提出满足设计要求的推荐方案。最后，对推荐方案开展模型试验，并在同样的水力条件开展数值计算，再次验证数值计算精度。进行数值计算精度验证时，计算工况分别选择正常蓄水位和校核洪水位，通过分析比对水面线、洞顶余幅、沿程压力、空化数和掺气量，分析计算结果与试验结果的误差，并分析误差产生的可能性；进行体型推导的数值计算时，选择正常蓄水位作为体型推导的计算工况，通过分析空腔形态、掺气量两个因素，判定体型是否合理，如不合理，根据掺气设施的优化设计思路，调整体型设计，直至找出合理的掺气设施体型。本文的研究实例表明：数值计算得到的推荐方案得到了模型试验的验证，数值计算的结果与试验成果较为接近。