立轴旋涡现象在电站引水管、溢洪道、导流隧洞、大型水泵、船闸输水廊道等进水口前时有发生。它的存在，将给水工建筑物和水电设备带来严重的危害，造成巨大的经济损失。但由于立轴旋涡涉及学科门类众多，机理复杂，自由面与水工建筑物等边界条件难于模拟，研究难度大。 本文从实际流体运动微分方程出发，结合立轴旋涡运动规律和流场特征，采用对称恒定性假设，简化N—S方程，研究了立轴旋涡的水流流态、速度与压力的分布规律，分析了若干理论解，如平面螺旋流解、轴向流解等。同时还研究了柯氏力对立轴旋涡产生的影响。 运用数理统计的方法分析了模型试验与工程原型立轴旋涡现象的观测数据，立轴旋涡的比尺效应研究具有新意，讨论了模拟立轴旋涡运动的各种准则。设计了试验室小型模型，进行了试验研究，分析了临界淹没水深的计算方法，总结了立轴旋涡的发展过程，研究了立轴旋涡对孔口流量的影响。 在立轴旋涡的研究中，本文采用了水气两相流的VOF方法与K—ε模型，首次进行了三维流场的数值模拟，得出了旋涡流场的全场特性，与过去相比，更为真实全面地模拟了立轴旋涡的运动规律。分析了立轴旋涡自由面的形成过程，总结了立轴旋涡运动形态，对旋涡吸气现象、流场压力、速度分布等进行了研究。结合两种不同的流量与环量对立轴旋涡的运动形态进行了对比。同时分析了进水口的淹没水深、出流流量、环量与边界条件对立轴旋涡产生和运动的影响。四川大学工学硕士学位论文 结合实际工程中电站进水口进行了模型试验和数值模拟。通过模型试验研究，分析了立轴旋涡的运动形态，研究了流量、水深与立轴旋涡的关系。数值模拟采用了实际地形资料，设置了喇叭口和通气孔，对进水口前旋涡流场进行了模拟，与模型试验结果符合良好。