在水利水电工程中,水工建筑物的进水口前经常会出现漩涡,比较严重的会出现吸气漩涡,对于水工建筑物和水力机械有一定的破坏。从广义上讲,进水口前的漩涡是一种结构尺度较小的涡旋,与龙卷风、台风、大气环流、海洋环流等的运动规律存在一定的相似性,具有比较重要的科学意义。故探讨漩涡的本质规律,漩涡的内部结构,漩涡的启动机理、运动规律,都是人们认识和消除漩涡的基础。模型试验是一种研究水工建筑物进水口漩涡问题的常用方法,但模型试验中存在比尺效应,试验成果并不能完全反映原型中漩涡运动的规律。本文在现有研究成果的基础上,通过理论分析、物模试验、数值模拟等研究抽水蓄能电站水平进水口漩涡的比尺效应。主要研究内容和研究成果如下: (1)、通过对水利水电工程中进水口普遍存在的漩涡问题进行分析,总结了消除进水口漩涡的主要研究成果,如漩涡的成因、漩涡的消除和利用、漩涡的数值模拟等,具体内容包括:进水口淹没深度、边界条件、比尺效应、柯氏力的影响等。 (2)、结合水力学、涡运动理论等,分析了几种基本的涡,如点涡、Rankine组合涡、Oseen涡、Burgers涡的精确解,探讨了几种涡各自的特性。从粘滞力等方面说明了上述几种涡与实际工程中漩涡存在的差异,对于进水口漩涡的模拟有一定的帮助。 (3)、以某抽水蓄能电站进水口为原型,进行了1:15、1:20、1:30、1:60、1:80、1:100各比尺下的进水口试验,通过图表和理论分析,探讨了抽水蓄能电站水平进水口吸气漩涡比尺效应的规律。结果表明:对于抽水蓄能电站水平进水口漩涡,比尺为1:15～1:20之间的模型,模型试验采用1.0～1.5倍的设计流量模拟,1:20～1:60之间的模型,模型试验中采用2.0～2.5倍的设计流量模拟,都能满足Re>3×10~4、We>120,比尺效应的影响可以忽略不计,模型试验中漩涡的运动规律能反映原型中漩涡运动的情况。 (4)、根据比尺为1:20的进水口模型,建立了进水口漩涡的数学模型,探讨了VOF模型在多相流中的应用,分析了物理模型试验结果和数学模型计算结果存在差异的原因,为进一步研究进水口漩涡的数学模型提供一定的经验。