我国是水能资源十分丰富的国家，而目前及将来，大部分的水电开发项目都集中在西南地区，那里高山峡谷的地形使得大部分的水利枢纽都采用泄洪洞这种泄洪建筑物。或单独修建泄洪洞，或将临时性工程导流隧洞改建为泄洪洞，一洞两用，这是一种经济实惠的做法，在很多工程上得到了应用。这类泄洪洞大都存在一些共同的问题：高水头、明流、存在反弧段、挑流消能等，对这些问题的深入研究对于工程应用是很有必要的。　　结合前人研究的基础，本文的主要研究内容如下：　　（1）通过查阅资料，总结了高水头明流泄洪洞的研究现状，主要包括泄洪消能、掺气减蚀和流态优化等挑流消能是最常用的消能方式，挑坎形式多样，有收缩式、扩散式、差动式和扭曲式等多种形式；掺气是工程中减免空化空蚀的主要措施，前人提出了多种掺气设施形式；为了优化流态，明流泄洪洞体型均设计为流线型。明流泄洪洞的三维数值模拟方法也越来越成熟。　　（2）介绍了明流泄洪洞数值模拟的一些基本理论。包括基本控制方程N-S方程，湍流模型基本理论和适用于泄洪洞数值模拟的两方程湍流模型、多相流模型和专用来捕捉自由水面的VOF模型，以及一些控制方程的离散方法。　　（3）以某高水头明流泄洪洞实际工程的水力特性模型试验研究为依托，研究了在各种工况下泄洪水流的流量、沿程水深、流速、压强、冲刷地形等，并根据试验结果研究了不同掺气设施的掺气效果，优化了泄洪洞体型。模型优化后泄洪洞水力学特性良好。　　（4）对该高水头明流泄洪洞实际工程进行数值模拟研究。在ICEM软件里划分计算网格，使用FLUENT软件进行计算；采用RNG k-ε模型模拟湍流，采用VOF方法追踪自由水面；对经模型试验优化后的泄洪洞进行数值计算，给出了泄流量、水面线、流速和压强的计算结果。对比较关注的泄洪洞龙抬头段和掺气坎附近底板及侧壁的压力特性等问题进行了分析研究。将数值计算结果与模型试验结果进行对比分析，二者的结论是一致的。　　对泄洪洞的水力特性研究，可为以后类似工程项目提供参考；对比数值模拟与模型试验的结果，验证了该数值模型，为以后此类工程的数值模拟工作提供借鉴。