射流-旋流梯级内消能方式是一种超高水头下的新型消能方式,具有广泛的应用前景。它的提出可以将一个高水头问题转变为两个或多个中低水头问题,以解决单一内消能工在高水头泄洪消能中存在的各类高速水流问题,同时让高坝导流洞改建泄洪洞成为可能,以节约工程投资。该消能方式由两级消能组成,分别为第一级的淹没射流消能和第二级的旋流消能。本文依托国家自然科学基金“射流-旋流梯级内消能工消能机理与适宜水力条件”,采用模型试验、数值模拟和理论分析的方法,对射流-旋流梯级工的水力特性、泄流规律、各部位能量变化及消能率进行研究,并对空化可能性做出评价,主要研究成果如下:(1)梯级消能工的流态分区:射流段非淹没射流,旋流段不稳定空腔旋转流;射流段非淹没射流,旋流段初步形成较稳定的空腔旋转流;射流段为淹没射流,旋流段形成稳定的空腔旋转流。梯级消能工在上游水位H≥8.8D且竖井水位淹没射流消能段洞顶时可满足双稳运行条件。(2)射流收缩段压强突然减小,在射流尾水洞段基本保持不变;旋流洞段壁面压强在旋流阻塞段明显下降,上游水位的变化对旋流段壁面压强值影响较大。(3)流速在射流收缩段、旋流阻塞孔口段局部增大。旋流段沿程断面的切向流速值从空腔边沿开始,沿径向方向先升高后降低。(4)射流收缩段孔口流量系数与流速水头系数以及收缩孔口压强相关,起旋器喉口流量系数与沿程水头损失、起旋器喉口压强等有关,阻塞孔口流量系数与沿程水头损失、旋流角、空腔半径、压强特性等相关。(5)梯级消能工消能主要包括射流收缩段、旋流消能段和阻塞扩散段,总消能率较高,在81%左右。(6)射流退水洞前段在上游水位8.8D时有较大负压;旋流退水洞段前段在下游淹没时也存在较大负压。但扩散段水流掺气充分而均匀,空化可能性降低,可采取其他防空化措施。