开敞式进水池为中小型泵站的重要组成部分,其主要目的为水泵提供良好的进口环境。然而,由于几何尺寸的限制以及运行条件的多样性,进水池内不可避免地存在各种漩涡,导致水泵进口流态的恶化,进而影响水泵的水力性能。当表面吸气涡出现时,气体进入水泵,导致水泵效率显著降低,甚至无法运行,严重影响泵站高效、安全运行,因此必须对其形成机理深入研究。本文基于数值模拟和模型试验的方法,研究表面吸气涡动态过程和特性,重点揭示表面吸气涡形成及其抑制机理。主要内容有以下两点:(1)进水池内表面吸气涡的三维数值模拟研究。分析不同湍流模型的适用性,模拟表面吸气涡出现的动态过程,分析其影响因素,并揭示表面吸气涡形成及其抑制机理。结果表明:SST k-ε湍流模型预测的表面涡的位置和形状与试验更为接近;VOF多相流模型和SST k-ω模型较好地模拟出了表面吸气涡的动态过程,包含4个阶段,准备、开始、发展和完成阶段;漩涡强度和压差是影响表面吸气涡的两个主要因素,当漩涡强度和压差达到一定幅值时,表面吸气涡产生;准备和开始阶段,吸水管进口附近和自由水面下方分别存在一个螺旋度密度管,随后,两个螺旋管相互连通形成一个贯通自由水面和吸水管进口的螺旋管,表面吸气涡形成;在自由水面和吸水管进口中间放置盖板后,贯通自由水面和吸水管进口的螺旋度密度管无法形成,表面吸气涡消失。(2)进水池内表面吸气涡的模型试验研究。观察表面吸气涡的动态过程,分析其临界淹没深度、出现频率和位置的变化规律,采用盖板研究其对表面吸气涡的影响,结果表明:试验可以观测到吸气涡形成的4个阶段,与计算结果预测的一致;当弗劳德数减小时,表面吸气涡临界淹没深度线性减小,当弗劳德数低于临界值时,表面吸气涡消失;吸气频率随着淹没深度的增大或弗劳德数的减小而减小;表面吸气涡在自由表面随机分布,但仍存在相对集中的区域,随着淹没深度的减小表面吸气涡向吸水管靠近。