在水－空气热湿交换理论基础上，分析无压尾水洞引风过程的热湿交换特点，对空气采用集总参数法建立无压尾水洞引风过程中空气与尾水以及洞壁之间热湿交换的准三维数学模型，并采用数值方法进行求解。现场测试结果表明：所建模型的计算结果与实测数据吻合较好。应用该模型对一大型水电站无压尾水洞引风系统进行了连续5年的模拟计算，分析无压尾水洞引风系统在长周期运行条件下引风参数与热湿交换量的变化规律，其结果为无压尾水洞引风系统的应用提供了理论基础与设计依据，同时对水电站无压尾水洞天然冷源的开发利用具有指导意义。