白鹤滩尾水隧洞明满流对水电站稳定性的影响

白鹤滩水电站单机容量为1 000 MW,规模居世界第二。对于水电站而言,引水发电系统的稳定性尤为重要,而该水电站的尾水隧洞存在着明满流现象,严重影响到了引水发电系统的稳定性。为此,采用特征隐格式下的虚拟狭缝法,分析了尾水隧洞内不同流态对机组稳定性及尾水调压室水位波动的影响。分析结果表明：当明满流段流态为明流时,可以加速调压室水位波动收敛,有利于输水系统的稳定;当流态为明满过渡流时,其压力脉动现象会导致机组调节品质变差,不利于输水系统的稳定。此外,明满流段的长度对机组调节品质影响很小,长度的选取不受输水系统稳定性限制。研究成果可为类似输水系统设计和研究提供参考。     

变坡长隧洞明满流水力特性研究

明满流交替是长隧洞常遇到的不利水流流态,尤其是洞内截留气囊输移现象会对隧洞结构安全构成威胁。通过试验研究,阐述了变坡长导流隧洞洞内流态的演变过程,指出随着上游水位上升,洞内水流流态呈现由水跃转变为明满流交替、直至有压流的演变过程,分析了典型流态下隧洞的泄流能力,得到了明满流交替的流量系数介于无压流和有压流流量系数之间的结论。同时探讨了明满流交替过程的压力波动,发现明满流交替的压力波动持续时间较长、振幅较大,但压力峰值持续的时间很短,并且截留气囊可有效减缓隧洞底部压力波动。     

复杂输水发电系统尾水隧洞明满流对水力过渡过程的影响

为研究输水发电系统中明满流尾水系统的水力特性及其适用性,基于特征线法和特征隐式格式法建立水电站输水发电系统过渡过程分析模型,比较分析了明满流与全有压流两类尾水系统的水力特性以及尾水系统明满流过渡过程对输水发电系统瞬态参数和机组调节品质的影响。结果表明:在尾水隧洞全有压和明满流条件下,机组调节保证计算参数的控制值偏差较小,明满流尾水系统对应的尾水管进口最小内水压力相对较大;考虑明满流尾水系统的机组调节品质优于有压流尾水系统,且无明显的高频振荡叠加现象。     

部分负荷下混流式水轮机尾水管压力脉动试验

为解决严重的水力机组振动问题,进行水轮机尾水管内部水流压力脉动模型试验,在直锥段内部安放传感器,在尾水管边壁安放传感器,在部分负荷下测定不同工况水压力脉动在波形及频谱上的变化规律。试验结果表明,尾水管内压力脉动在不同工况及不同位置下均不相同,直锥段内压力脉动与转轮出口流态密切相关,弯肘段压力脉动在幅值上与直锥段压力脉动略微不同,两种测点布置的结果略微不同,实际测量时需按情况选择测量方法。     

基于VOF方法的尾水隧洞过渡过程明满流水力特性研究

针对尾水隧洞结合导流隧洞布置时过渡过程中的明满流问题,采用VOF气液两相流模型对尾水系统的三维流场进行计算和分析.计算了尾水隧洞过渡过程中满流至明流和明流至满流两种典型工况,通过模型试验中尾水隧洞监测点的数据验证了数值模拟的可靠性和准确性.在此基础上,对明满流的水力特性进行了深入的分析和研究.结果表明:尾水隧洞发生明满...     

尾水洞出现明满流的水电站小波动稳定性分析

针对尾水位变幅较大的水电站尾水洞出口段常出现无压流或明满流等复杂流态,提出基于动态尾水边界的分析方法,即以始终保持有压流态的尾水洞中间特征断面的动态测压管水头作为尾水洞系统出口边界条件,结合数值模拟方法研究系统的小波动稳定性,并与传统的边界处理方法进行比较。结果表明采用试验数据和数值模拟相结合进行小波动稳定性分析,考虑了尾水洞无压流或明满流对系统稳定性和调节品质的影响,能够较准确地反映系统的动态特性。     

水泵水轮机泵工况压力脉动和转轮受力特性

为研究水泵水轮机在泵工况下的内部流态变化对压力脉动和转轮叶片受力的影响,采用 SAS－SST 湍流模型对某一模型水泵水轮机的多个非设计工况进行非定常数值模拟,分析了水轮机 内部流态对导叶与转轮之间无叶区、尾水管内的压力脉动和转轮叶片径向受力的影响。结果表明: 在流量为 40% ～80%设计流量时,导叶区内产生旋转失速,转失速涡团初生于固定导叶进口,并随着流量的降低向活动导叶进口发展,且覆盖区域逐渐增大。旋转失速使压力和过流沿周向不均匀分布, 导致压力脉动和转轮径向受力波动大幅上升。在40%设计流量时,失速涡团发展最为充分,无叶区 压力脉动和转轮受力波动的低频分量幅值最高。旋转失速产生的低频脉动可向尾水管传播,形成的低 频压力脉动幅值约为无叶区低频脉动幅值的10%。当流量低于 40%设计流量时,导叶区旋转失速消失,复杂的涡结构形成的压力脉动低频成分没有周期性。此外,转轮进口的流动分离使尾水管内产生复杂的回流涡结构,导致尾水管内形成频谱丰富的压力脉动; 流量降低使转轮进口回流涡结构的湍动 能增加,导致尾水管内压力脉动幅值大幅上升。小流量工况下,转轮进口的涡结构演变是转轮径向力波动的主要影响因素。     

水泵水轮机泵工况压力脉动和转轮受力特性

为研究水泵水轮机在泵工况下的内部流态变化对压力脉动和转轮叶片受力的影响,采用SAS-SST湍流模型对某一模型水泵水轮机的多个非设计工况进行非定常数值模拟,分析了水轮机内部流态对导叶与转轮之间无叶区、尾水管内的压力脉动和转轮叶片径向受力的影响。结果表明:在流量为40%～80%设计流量时,导叶区内产生旋转失速,转失速涡团初生于固定导叶进口,并随着流量的降低向活动导叶进口发展,且覆盖区域逐渐增大。旋转失速使压力和过流沿周向不均匀分布,导致压力脉动和转轮径向受力波动大幅上升。在40%设计流量时,失速涡团发展最为充分,无叶区压力脉动和转轮受力波动的低频分量幅值最高。旋转失速产生的低频脉动可向尾水管传播,形成的低频压力脉动幅值约为无叶区低频脉动幅值的10%。当流量低于40%设计流量时,导叶区旋转失速消失,复杂的涡结构形成的压力脉动低频成分没有周期性。此外,转轮进口的流动分离使尾水管内产生复杂的回流涡结构,导致尾水管内形成频谱丰富的压力脉动;流量降低使转轮进口回流涡结构的湍动能增加,导致尾水管内压力脉动幅值大幅上升。小流量工况下,转轮进口的涡结构演变是转轮径向力波动的主要影响因素。     

清远抽水蓄能电站尾水隧洞素混凝土衬砌方案研究

本文对国内外水工隧洞设计理念的发展情况进行简要回顾,在此基础上提出素混凝土衬砌的设计理念。为验证上述理念,应用透水衬砌隧洞结构计算原理及其有限元法,针对清远抽水蓄能电站工程尾水隧洞进行了数值模拟分析,研究清远抽水蓄能电站工程尾水隧洞采用素混凝土衬砌的可行性及合理性。     

不同导叶开度下混流式水轮机尾水管内部流动及压力脉动分析

为探究活动导叶开度对混流式水轮机尾水管内部流动及压力脉动的影响,通过建立西南某电站混流式水轮机三维全流道模型进行定常和非定常条件的数值模拟,研究混流式水轮机在额定水头不同导叶开度下的尾水管流动特性及压力脉动。结果表明：随着导叶开度的增加,尾水管直锥段出现明显的交替旋涡并引起尾水管低频压力脉动,尾水管内压力及速度分布的均匀性逐渐变差,尾水管弯肘段监测点压力脉动主频幅值先增大后减小。尾水管涡带是引起尾水管产生低频高幅特征压力脉动的原因。