我国大型水利水电工程多具有水头高、流量大、河谷狭窄的特点,高坝大流量泄洪消能是各项工程共有的技术难题。竖井进流水平旋流内消能工具有消能率高、施工简单、布置灵活、工程造价低等优点,对其研究具有较大的理论分析和推广应用价值。为了能够更好地开展常压模型和减压模型的对比研究,并且能进一步有针对性地对影响工程安全性能、模型相似律关系等重大问题开展深入研究,本文通过声压级差和总声压级的分析方法,对60比尺公伯峡旋流泄洪洞的7个关键部位在不同工况水位下的空化特性进行了具体的分析和研究,并结合公伯峡原型观测试验和40比尺常减压模型试验的空化特性量测结果进行了对比分析。水平旋流内消能泄洪洞的流态,可根据洞内旋转水流的旋流空腔直径、空腔气体压强以及通气孔通气量的变化规律分为三个流态区：自由流流态、吸吮流流态和淹没流流态。且不同流态下满足的相似准则不相同。在自由流和淹没流时,只要水流运动满足动力相似准则就可达到泄洪洞水流流态的相似；在吸吮流时,不仅要满足重力相似准则,同时要满足通气孔断面的通气量弗劳德数fr相等。在流动分析基本假定条件下,提出和定义了水平旋转内消能泄洪洞空腔环流的旋流特性：旋流夹角α、切向速度矩C、旋流强度(?)和无量纲综合旋流参数AM,并建立和推导了这些旋流特性的数学表达式。另外,从旋流特性的平均旋转角和综合旋流特性出发,得到描述旋流泄洪洞旋流特性相似的更为具体的相似准数。