漩涡运动是水利工程中较为常见的现象,漩涡的存在特别是吸气漩涡,对工程结构会产生危害,如恶化水流流态,减少进流量,引起机组或结构物的振动,卷吸漂浮物,堵塞或损坏拦污栅等。目前针对具体工程的试验研究较多,但关于进水口漩涡的缩尺效应尚未有统一的观点,三维数值模拟的研究也较少。本文将采用数值模拟的方法对进水口漩涡缩尺效应进行研究。主要的研究内容和成果有:(1)漩涡是强非线性的水气两相流问题,数值模拟难度较大,采用何种数学模型是数值模拟成功与否的关键和基础。采用结合VOF法的标准k -ε紊流模型、RNG k -ε紊流模型和Realizable k -ε紊流模型分别对底部进水口漩涡进行数值模拟,并分析比较三种模型结果。结果表明:RNG k-ε紊流模型考虑了紊流中涡流因素的影响,计算精度良好,模拟漩涡流场具有优越性,是三种模型中较适于进水口漩涡流场数值计算的紊流模型。(2)采用RNG k -ε紊流模型模拟漩涡的可信度有多大,这是需要验证的重要问题。分别利用模型试验和三维数值模拟的方法对侧部进水口前的漩涡进行研究,数值模拟出的漩涡,其形状、大小及位置与模型试验结果吻合较好,试验观测到的漩涡运动和数值模拟得出的质点运动轨迹均为螺旋流,运动规律相同,验证了数值模拟的可信性。(3)通过不同比尺的模型,研究了侧部进水口漩涡的缩尺效应,探讨了采用何种模拟条件才能尽可能地消除漩涡的缩尺效应,即雷诺数与比尺的关系,给出了临界雷诺数和韦伯数的建议值。(4)初步探讨了进水口漩涡的形成机理,得出了速度环量与漩涡产生的关系。