引水发电洞前泥沙淤积影响水库的经济效益,借用水力利用泄水建筑物清淤是主要的有效减淤方法之一。以某水库在引水发电洞附近新增泄洪排沙长隧洞为背景,通过水工模型试验方法研究了不同工况下排沙洞的水力特性,包括:沿程压力、流速、流量、空穴数等,而且观测其流态和下游河床冲刷情况。并通过建立三维紊流模型,采用SST k-ω湍流模型,VOF法处理自由表面,进行数值模拟研究。将其数值模拟结果与理论分析值、水工模型试验值进行比较分析,验证了排沙泄洪长隧洞体型设计的合理性。隧洞出口渐变段易存在负压,产生空蚀危害,是实际工程中一直存在的不利现象。前人通过物理模型试验研究了面积收缩比90%~100%的水力特性规律,本文通过数值模拟方法,研究了不同出流情况下,采用改变出口面积(面积收缩比86.7%~71.6%)和渐变段长度从而变化体型的方式来研究其对渐变段水力特性的影响规律。而且采用塑料沙作为模型沙,通过河工模型试验,确定了冲沙漏斗的大小,进行了排沙方案的比选,给出了排沙洞洞口布置的合理位置,使发电洞达到“门前清”的效果。研究成果为该类工程设计提供了科学参考依据。本文的主要研究工作内容如下:(1)通过水工模型试验研究了不同工况下泄洪排沙洞的水力特性,并运用数值模拟方法,采用SST k-ω湍流模型进一步研究泄洪洞水力特性,将数值计算结果与物理试验、理论值比较分析,结果吻合,验证了设计的合理性。(2)采用数值模拟的方法改变有压长隧洞出口渐变段体型,研究在不同出流情况下出口渐变段体型对水力特性的影响规律,为工程设计提供了科学依据。(3)通过泥沙模型试验,对排沙方案进行比选,将排沙洞布置在合理位置,使引水发电洞前达到了“门前清”的效果,使水电站正常运行,延长水库寿命。