泄水建筑物的消能防冲问题对于整个水利枢纽的安全、正常运行至关重要。现实中的泄洪冲沙过程内部流场复杂,且具有显著的三维特征;常规的试验以及一维、二维模拟方法都难以满足研究需要,所以采用三维数值模拟方法进行泄水建筑物泄洪与冲沙过程的模拟研究十分必要。现有关于泄水建筑物的泄洪冲沙过程的三维数值模拟的研究已经获得了诸多成果,但是仍旧存在许多问题尚未很好解决,例如:沉沙池冲沙过程的规律;新型消能工体型优化设计;闸门调度顺序对下游底板压力与河床冲刷的影响。本文在总结前人经验、研究成果的基础上,采用三维数值模拟的方法对泄洪与冲沙过程进行进一步模拟研究,以期加深对这些问题的认识。本文采用商业CFD软件FLOW-3D进行三维数值模拟,主要进行了三方面研究:沉沙池冲沙过程规律分析,新型非完全宽尾墩消能工体型优化分析,闸门调度顺序优化分析。具体工作如下:1.准确模拟了沉沙池冲沙过程,优化了运行工况:沉沙池中的冲沙过程是复杂的固-液两相流瞬态过程,所以通过数值模拟研究该过程对沉沙池的体型设计、布置优化以及运行工况选取都具有重要意义。首先对经典模冲沙问题进行了计算,在保证结果与试验结果吻合较好的基础上,对某一具体工程的沉沙池冲沙过程进行模拟,通过将不同工况的冲沙效率进行对比分析,对沉沙池运行方案进行了优化设计。2.研究了宽尾墩消能机理并对其体型进行优化设计当宽尾墩收缩比不变时,过坝水流流态会因为宽尾墩尾端折角的变化而变化,影响到宽尾墩的消能效果。本文针对具体工程,采用数值模拟方法在具体水力条件下对不同宽尾墩尾端折角对消能效果的影响进行分析,得到宽尾墩在不同尾端折角下消能效果变化机理,给出来具体工程的最优尾端折角角度。3.以减小冲击与冲刷为条件对泄洪闸门的调度顺序进行了优化分析闸门调度顺序会直接影响到下泄水流流态,进而影响到底板压力和下游冲刷情况,所以合理的闸门调度对水工建筑物安全十分重要。本文在前面数值模拟和实验结果吻合较好的基础上进一步分析了闸门调度对消力池底板冲击和下游冲刷的影响,进而得到较优的闸门调度方案。本文准确模拟泄洪冲沙过程,为进一步分析泄洪冲刷规律、泄洪流态特征提供了可靠的方法;同时为泄水建筑物的体型设计、布置优化以及工况优选提供了参考方法,具有较好的工程参考意义。