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图 １０为吸入涡发展不同阶段断面 Ｃ平均涡动能直方
图。在初生阶段，由于抽吸作用来流开始汇聚，漩涡区
涡动能较低。在发展阶段，涡动能以较高增长速率升高，
当其到达一定水平时，液体动能逐渐转移到漩涡中，形
成较为稳定的吸入涡。进入保持阶段，涡动能达到最高
水平。吸入涡的运动势必会产生与周围液体间的能量交
换，漩涡的动能逐渐耗散，转移到周围液体中，液体中
的摩擦作用将动能转化为内能也造成能量耗散。随着吸
入涡能量耗散，进入溃灭阶段，涡动能以较高速率不断
降低，直至吸入涡消失。由此可以说明，吸入涡的初生、
图 １０ 断面 Ｃ平均涡动能
发展和溃灭是漩涡能量聚集、维持和耗散的过程。
４．２ 吸入管流场特性分析 贯通吸入涡携气进入过流部件，首先影响吸入管流场。沿水流方向，在吸
入管内选择五个垂直于中心线的特征过水断面作为分析对象（从吸入管进口到出口依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、
θ
Ⅳ和Ⅴ）。引入轴向流速分布均匀度 Ｖ与速度加权平均角 珋 作为量化指标，其定义如下：
Ｕ
１ ∑ （ｕ － 珔 ａ ２
ｕ）
Ｖ ＝ １ － ａｉ × １００％ （６）
Ｕ
珔 ａ槡 ｎ
ｕ
ｕ ｔｉ
∑
珋 ＝
θ ∑ ｕ（９０° － ａｒｃｔｇ ）? ｕ ａｉ （７）
ａｉ
ｕ
ａｉ
－ １ － １
ｕ
式中： 珔 ａ ｕ 为吸入管断面各单元 ｉ的轴向速度，ｍ·ｓ ； 珔 ｔｉ
ｕ 为吸入管断面的平均轴向速度，ｍ·ｓ ； 珔 ａｉ
－ １
为吸入管断面各单元横向速度，ｍ·ｓ ；ｎ为单元个数。
图 １１为不同阶段吸入管特征断面流速分布均匀度与速度加权平均角分布。沿来流方向，各特征
断面流速分布均匀度与速度加权平均角变化趋势较为相似，均呈现先增大后减小的趋势。吸入涡初生
阶段，各断面流速分布均匀度整体较高，平均分布均匀度为 ７８％，平均速度加权平均角为 ７９．１°，特
征断面Ⅲ处流速分布最为均匀，断面Ⅴ处最不均匀；保持阶段，吸入涡大量携气进入吸入管，流速分
布均匀度与速度加权平均角明显降低，流速分布均匀度为 ４２％，较无吸入涡时降低 ４６．２％，平均速度
加权平均角为 ７１．３°，较无吸入涡时降低 ９．８％。水流进入吸入管后，由于管壁对来流的约束作用，主
流流向被强制改变，前方流向被改变的水流与后方由于抽吸作用不断进入的主流相互影响，导致吸入
管内水流轴向速度与断面速度夹角较小。以上分析可知，贯通式吸入涡携带空气进入吸入管，产生复
杂的气液两相流动，导致流态紊乱，流速分布不均匀，进而使得轴向均匀入流假设失效。

图 １１ 不同阶段吸入管流场参数

４．３ 叶轮能量特性及流场特性分析 贯通吸入涡引起的非均匀入流及携气现象势必会对叶轮能量特性

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