水电站混合型调压井水力特性数值模拟研究

结合二滩水电站、小湾水电站、洪家渡水电站和天生桥一级水电站,采用k-ε紊流模型对其进水口水力特性进行了三维数值模拟,对进水口水头损失、流速分布及流态等方面进行了总结。数值模拟结果得到了模型试验结果的验证。

为了研究调压井在水轮机负荷变化时的水力学特性,以漾洱水电站调压井为研究对象,通过数值法计算调压井稳定断面面积、阻抗孔尺寸、最高水位和最低水位,同时为了论证数值法可行性,采用调节保证计算机组转速、蜗壳压力和尾水管压力,且以模型试验进一步分析调压井水力学特性.结果表明:调压井的稳定断面面积为688.134m2,阻抗孔直径为4.50m,最高涌波水位低于调压井顶高程2.120m,最低涌波水位高于调压井底板5.541m;蜗壳最大压力水头升高值为67.85m,上升率为29％;机组转速上升值为350.7r/min,上升率为40％;尾水管最低压力水头为0;蜗壳压力、机组转速和尾水管压力在安全可靠、经济合理范围内;调压井水流稳定,流态良好,没有产生旋涡,没有出现负压,阻抗孔上下压力差较小.因此调压井水力学特性良好,调压井体型是合理的.

本文介绍了波波娜水电站水力过渡过程计算。通过对波波娜水电站的调压室涌波计算、调节保证计算,为电站及引水系统的设计提供了依据,为调压室相关体型结构参数取值提供参考。

本文描述带尾水调压井的水力装置系统大、小波动过渡过程基于刚性理论内特性解析的数值计算和稳定性分析。于1990年10月在带尾水调压井的镜泊湖水电厂进行了14种情况的现场动态特性试验,验证了所列方程组的准确性。将本理论应用于带尾水调压井的大朝山水电站工程,经计算分析证明,将原设计调压井面积减小50%仍可满足工程安全稳定运行的实际需要。本文对工程应用具有实际意义并带来较大经济效益。

卜 、 、 了1一 曼结栩大型水电站尾水调压井 动态过程研究 北京农业工程大学常近时寿梅华√罗进7；- i提要】奉文描连带尾水调压井的水力装置系统大，小虚动过渡过程基于刚性理叁内特 性解析的数值计算和稳定性分析。于l9904~l0月在带尾水稠压井的镜泊湖水电厂进行了 14种情况的现场动态特性试验，验证了所列方程妇的：隹确性。将本理鬯应用于带尾水调 压井的女朝山水电站工程，经计算分析征明，将原设计调压井面枳减小50仍可满足工 程安全稳定运行的实际需要奉文对工程应用具有实际意卫并带采较大经济教益， i关键词1尾水渊压并，过渡过程，1而浪计算．慨定-浊，向特性解析法 一 、概述 长期以来有关研究尾水调压井的文献不太多见 并且大都仍停留在只研究“尾水调压井一隧洞水力 系统．

采用fluent的动网格和网格自适应技术对水电站大口径进水球阀关闭过程进行非定常数值模拟,并与不同关闭角度下的定常稳态计算结果进行对比,提出如下结论:(1)相同关闭角度下,关闭过程中的局部损失系数高于稳态过程中的局部损失系数,且局部阻力系数拐点均发生在关闭角度为40°至50°之间;(2)分析非定常关闭过程计算中不同关闭角度下的总压、速度云图及流线分布,发现当关闭角度大于50°时,阀瓣与壁面的微小缝隙中逐渐形成一股高速射流,球阀主流道的高速区逐渐断裂,球冠附近的流速梯度大且压力梯度非常明显,xy平面阀体后端的漩涡运动开始加强逐渐形成回流区,介质过球阀时的压力损失明显增加;(3)分析非定常关闭过程计算中各监测点速度随关闭角度的变化情况,发现随着关闭角度的增加,从阀门进口左下方到阀门出口右上方逐渐形成高速流,所以监测点8的速度最大,而当关闭角度增加到大于50°时,由于高速区的断裂,监测点3的速度最大.结论(2)和(3)的内特性分析均揭示了阀体内部高速区的断裂与其外特性的联系.

利用fluent软件,采用vof法和k-ε紊流模型对矩形无吼段量水槽水力特征进行三维数值模拟,得到沿程水面线及其流速分布规律,并将模拟结果与实测结果以及公式计算结果进行对比验证,结果显示,模拟结果与二者的吻合度较好。在确定模拟准确性的前提下,对其水力特性进行分析,为矩形无喉段量水槽的设计和优化提供一定依据。

采用k-ε紊流模型对白鹤滩水电站#1泄洪洞竖曲线段及其下游连接段水流流场进行数值模拟,获取了流速、水面线、压强、切应力等水流运动参数分布。结果表明,底板和边墙的压强沿反弧向下游逐渐增大,在反弧后部1/4范围内达到最大,反弧末端的压强梯度大于反弧起始端的压强梯度;切应力沿反弧向下游逐渐增大,且高切应力范围在下斜坡段延伸一段距离,而在同一断面内角隅附近的切应力较大;空化数沿程减小,陡坡段开始需采取掺气减蚀措施,防空蚀的关键部位为反弧段末端后边墙的中下部和底板。

为分析比选杨房沟水电站截流工程进占方案,通过建立相关三维数值模型,采用水力模拟计算技术对单戗堤单向及双向立堵进占方式的水流条件进行了计算,并将单向立堵进占数值模拟计算结果与物理模型试验结果进行了对比分析.结果表明:三维数值模拟与试验结果较为吻合,计算结果偏于安全;同时指出在现场条件允许的情况下,双向立堵进占能够有效降低该工程截流难度.

黑泉水库电站调压井空间结构复杂,设计时只采用了简化平面结构进行配筋计算,对地下空间结构受力的复杂性考虑不足,无法反映衬砌结构与围岩的整体效应,很难实现合理准确配筋,经黄河水利委员会三维线性有限元强度复核,证实黑泉水库调压井底板及三岔洞配筋不足,需要采取处理措施。基于三维非线性有限元法,分析围岩固结灌浆、内衬钢板对调压井衬砌结构应力及三面临空边坡稳定的影响,最终优选出合理的加固处理方案。结果表明:需要采取围岩固结灌浆、内衬钢板组合方法才能满足强度要求,非线性有限元方法可以用于校核调压井内衬结构的强度,为同类工程提供了很好的参考。

应用非定常模型对迷宫滴头三维非定常流动进行了模拟。基于标准k-ε湍流模型和vof多相流模型,得到了流道内的速度、压力分布及滴头的水力特性,分析了水滴从形成到滴落的全过程。结果表明非定常模型计算值与实测数据吻合良好,其精度高于定常模型计算结果。

调压井作为水电站引水系统的重要组成部分，对水电站运行安全性起着至关重要的作用。本文以某水电站引水调压井工程作为实例，并对其位置选择、形式确立及结构设计等进行分析，以确保调压井设计的合理性，确保水电站引水系统的安全运行。

本文应用三维有限体积法和simpe—c算法,对古田溪水电厂尾水管和下游尾水洞进行了数值模拟。应用固液两相流理论,推导了具有不规则边界时的控制方程。在规划的矩形网格中,采用通度系数法处理计算区域的不规则边界问题。计算结果给出了尾水管出口处的流动规律,为古田溪电厂的现场实验提供了依据。

本文应用三维有限体积法和ｓｉｍｐｌｅ－ｃ算法，对古田溪水电厂尾水管和下游尾水洞进行了数值模拟。应用固液两相流理论，推导了具有不规则边界时的控制方程。在规划的矩形网格中，采用通度系数法处理计算区域的不规则边界问题。计算结果给出了尾水管出口处的流动规律，为古田溪电厂的现场实验提供了依据。

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龙滩水电站的尾水调压井布置在主变洞下游，长方向与主变洞平行，两者之间岩墙厚度28．7m。尾水调压井为阻抗式调压井，呈廊道式布置，整个调压井在结构和水力学条件上，是既有分隔，又有联合。

为减免水电站下泄低温水对下游河段生态环境的影响,糯扎渡水电站进水口拟采用分层取水方案。结合糯扎渡水电站进水口两种取水方案(双层取水方案和多层取水叠梁门方案),采用k-ε紊流模型对不同形式进水口的水力学特性进行了三维数值模拟,在进水口水头损失、流速分布以及流态等方面进行了分析和比较,从水力学方面论证了分层取水方案的可行性。数值模拟结果得到了物理模型试验结果的验证。

随着我国水利事业的蓬勃发展,水电建设工程逐渐西移,越来越多的大型甚至超大型水利工程项目正处于规划、设计和建设之中。水电站调压井对工程整体的影响非常大,水电站规模的更大也对调压井的施工技术增加了难度和挑战。因此,开展并总结调压井工程设计与关键施工技术研究是十分必要的。

干溪坡水电站调压井工程地质条件极为复杂,井身围岩为ⅳ、ⅴ类,节理裂隙发育,在整个调压井范围内与f7断层影响带的距离较近,采用传统的施工方案很难保证施工安全。而采用开挖一段衬砌一段的方案,施工难度很大。本文详细阐述了干溪坡调压井多循环开挖和自上而下的混凝土衬砌施工方案,解决了混凝土衬砌倒悬的施工难点。

在小型水电站设计中,常因调保计算过程压力上升值超过允许值而需设备调压井,这既增加了小水电工程复杂性,而且又大大增加了工程造价,影响了小水电的投资效益。通过对小溪水电站的调保计算,提出解决上述问题的措施,取得了较好成效。表1个。

某水电站拱顶送风数值模拟——在不同的送风速度、风口个数及风口形式条件下,对某水电站主厂房顶拱送风方式进行了数值模拟分析研究,分析了拱顶支架对送风状况的影响，送风的均匀性及压力损失，确定拱顶送风为该水电站的合理送风方式。

小湾水电站泄洪洞水力学问题试验和数值模拟研究——岸边泄洪洞为小湾水电站3套泄洪设施之一，上游水位和泄洪洞出口挑流鼻坎落差超过200m，最大泄量达到3881m／s，具有典型的高水头大流量特点，泄洪水力学问题十分突出。采用三维数值模拟和l：35局部模型试验相...