排沙漏斗是利用螺旋流具有强烈的水沙分离效果进行二次排沙的水工建筑物,具有截沙率高,耗水率低的特点。本文以陕西省东雷抽黄灌区拟建的三并联排沙漏斗为工程背景,采用数值模拟的方法研究了漏斗室内部流场组成及三维流速分布等水力特性,得到了全面详细的流场结构信息,并据此分析了排沙漏斗的排沙机理。本文研究对排沙漏斗工程设计及其运行管理具有重要意义。首先,利用经典的排沙漏斗物理模型试验成果,对选用的三维数值模型进行了验证计算,结果显示计算值与实验值吻合良好,说明了所选模型的可靠性和适应性。然后,针对排沙漏斗水流三维性强且具有水气两相流的特点,选用大涡模型和VOF法对东雷抽黄三种进口流量的排沙漏斗进行了数值研究,选择有限体积法和SIMPLE算法求解。最后,分析了不同流量排沙漏斗内部的切向、径向和轴向流速分布等水力特性。得出的主要结论如下:(1)各种进口流量情况下,漏斗室中心和两侧边壁附近区域,切向速度沿着径向方向减小,呈自由涡的特征;但是在其他区域,切向速度沿着径向方向增大,呈强迫涡的特征。(2)在无悬板一侧产生了二次流,上层水流向漏斗室边壁运动,下层锥形区域水流向漏斗中心运动。其中,流量为Q1=20m3/s时二次流最明显,Q2=15m3/s时次之,Q3=1 0m3/s最不明显。(3)与其他方案相比,流量为20m3/s时,沿着径向方向垂向速度基本不变,方向总体向下,这有利于泥沙沉降,该流量下排沙漏斗的水沙分离效果最显著。(4)排沙漏斗水流特性对水沙分离的主要贡献为:水流的切向流速主要维持水流的螺旋强度,避免了泥沙发生淤积;径向流速主要将泥沙输送至漏斗底坡;轴向流速起到促进泥沙沉降的作用。这是排沙漏斗可以有效实现水沙分离的主要原因。