分流式调压室水力特性研究

结合佛子岭抽水蓄能电站的尾水调压室,通过数值模拟和水工模型试验相结合的方法对尾水调压室的分流比进行了计算和分析,得出了分流比与佛子岭水库坝前水位的关系.对调压室在发电和抽水各工况下的过流特性进行了观测和分析,得到了堰流系数与相对淹没度的变化关系.此外,详细观测和分析了调压室安全水深与电站抽水流量的关系,提出了确定调压室安全水深的具体方法.按照该方法确定调压室安全水深,将使调压室和水轮发电机组的运行更加安全.     

设置尾水连通管的抽水蓄能电站引水发电系统小波动稳定分析

设置尾水连通管后,可缓解抽水蓄能电站相继甩负荷工况尾水管最小压力,但其对系统小扰动稳定性的影响还不清楚。本文建立了设有尾水连通管的抽水蓄能电站引水发电系统小波动状态方程,利用状态空间法对小扰动下机组转速、调压室水位等状态变量波动过程进行了稳定性分析,并与基于特征线法的弹性模型计算结果进行了对比,验证本文理论分析模型的正确性。同时基于理论模型,研究了尾水连通管对于系统小波动稳定性产生的影响,并对连通管管径及位置进行了敏感性分析,得出以下结论:尾水连通管及其管径的大小、设置位置对于系统小波动稳定域、机组转速变化及调压室水位波动过程产生的影响基本可以忽略;设置尾水连通管后,系统小波动过渡过程中,尾水支管流量发生变化,使得两侧尾水支管压力平衡,但并不增加整体系统的阻抗。     

调压井阻抗对水电站引水系统小扰动稳定性影响研究

本文结合安徽响洪甸抽水蓄能电站，分析了调压井阻抗对引水系统小扰动稳定性的影响，计算结果表明，设置适当的调压井阻抗，不但能起到调节管道内压力作用，减少调压井内水位波动，而且可利用较小的调压井断面积来确保系统的稳定。     

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。     

水轮机调速器参数对调压室稳定断面积的影响研究

水电站调压室的稳定断面积一般是按照著名的托马准则来确定的.托马稳定断面积计算公式是在多种佩定务件下简化得到的,对于中低水头电站的调压室来说,托马稳定断面积往往较大.通过工程实例采用非线性数学模型研究了水轮机调速嚣参数对调压室水位波动稳定性的影响,提出了调压室水位波动稳定性的品质指标,论证了调压室可以采用小于托马公式计算的断面积.     

调压室位置对调保参数的影响

调压室位置是影响调保参数的主要因素之一。本文针对上、下游调压室及不同调压室型式进行理论分析及数值计算,证明了调压室对调保参数的作用存在最佳临界位置和变化不敏感的范围。该结果有利于地下厂房和调压室的布置,缓解了洞室围岩稳定和过渡过程之间的矛盾。究其物理本质,在机组特性、导叶关闭规律确定的前提下,蜗壳最大动水压力及尾水管最小压力主要取决于压力管道的水击压力、调压室涌浪水位两者的叠加。由于管道总长度不变,移动调压室位置,两者所起的作用相互消长,所以并非调压室越靠近厂房对调保参数越有利。     

有连接管的尾水调压室稳定断面问题的理论研究

基于Gardel关于T型三通管水头损失系数经验公式，研究分析了连接管处速度头以及进出调压室水体与尾水隧洞水体之间的动量交换对有连接管的尾水调压室稳定断面积的影响，并在托马(Thoma)理论的基础上，推导出了相应的调压室稳定断面计算公式，从而在理论上证明了连接管处的速度头对尾水调压室稳定断面所起的作用是不利的，而进出调压室水体与尾水隧洞水体之间动量交换则是有利的。研究表明：如果合理地选择设计连接管断面的尺寸和型式，就可以进一步减小有连接管的尾水调压室水位波动稳定所需的断面积。     

输水系统末端设置阀门控制的稳定性研究

结合某电站供水系统所构成的复杂的输水发电系统,为了保证其稳定性和经济性,在系统尾部需要采用设置阀门调节方式。通过详细的数值计算分析,探讨了不同的阀门调节方式对系统稳定性的影响。根据该电站的特殊问题,尾水调压室的水位和阀门的引用流量要求能够尽快达到目标值,提出了分区调节方式,以较简单的控制模式实现了比较复杂的调节目标。     

两种新型调压室的设计及试验论证

调压室是保证水力发电运行稳定性及供电质量的常用解决方案。以差动式及阻抗式调压室为对比对象,设计了瓣膜隔离强冲击式及涌波发电掺气耗能式两种水能自耗式调压室,侧重优化了传统调压室的消能方式,一方面通过减小调压室水位波动振幅而降低其工程造价,另一方面通过加速调压室水位波动衰减而更好地保证水电站的供电质量。通过一系列的模型试验对两种调压室的技术可行性进行了论证。结果表明：瓣膜隔离强冲击式调压室在技术上可行,各方面性能较好,可像差动式调压室一样适用于中高水头的水电站;涌波发电掺气耗能式调压室在控制涌波高度及波动衰减时长上有一定的效果,可作为传统阻抗式调压室的技术改进方案。     

调压井模型试验变态比尺的研究

本文对有压井定流调压系统，其中包括调压井，进水隧洞，压力管道三部分的变态模型设计进行了系统的研究，提出了模型比尺的相关性概念，研究表明，仅从涌波方程推导相似条件往往产生顾此失彼问题，文中还提出了变态模型比尺的参数表示法，通过该方法可实现变态模型比尺的优化选择，研究还指出，当调压井的比尺小于１／２５时，整个系统完全正模型是难以实现的，得出的结论表明，不仅可以，而且应该变态模型比尺同时满足涌波方程，水     

制气式调压室在带有长尾水隧洞的水电站中的应用

制气式调压室与常规开敞式调压室相比在不影响其削减水锤压力能力的同时，能有效地减缓调压室内的水位波动。为研究制气式调压室的运行机制，运用空气动力学原理，结合管道水锤方程、调压室波动方程，建立了制气式调压室的仿真数学模型。以西南地区带有尾水调压室的某大型水电站为例进行制气式和常规开敞式两种调压室方案的比较计算，计算结果表明，采用制气式调压室可使蜗壳出口最低负压并没有显著变化的同时提高调压室的最低水位，从而减小工程量，节约投资。并由于采用制气式调压室后调压室内水位波动衰减加快，对系统的稳定运行更为有利。     

有连接管的调压室水头损失系数研究

利用调压室水头损失的局部模型试验成果,研究了连接管中水流方向、连接管尺寸以及流量比对具有连接管的阻抗式调压室水头损失系数的影响。研究结果表明,调压室水头损失系数并不是仅与水流方向、连接管尺寸有关的常数,因此在对调压室系统的水力过渡过程计算中,需结合模型试验成果和数值计算结果分析确定调压室水头损失系数。     

差动式调压室甩荷时水位波动以及大井面积和有效阻抗孔面积的计算方法

该文从差动式调压室的基本方程出发，推求了差动式调压室理想设计时水位波动的计算公式。研究了调压室大井面积和阻抗孔面积的确定方法。利用这种方法可以方便的设计差动式调压室的尺寸，确定最高涌波水位和第二振幅，计算调压室水位的波动过程。     

双机共用尾水调压室阻力系数试验研究

主要对水流在流入和流出调压室时,其流量比、阻抗孔面积和运行机组数目的变化对调压室阻力系数的影响开展了研究,并对双机共用尾水调压室的物理模型进行了水工试验。试验结果表明,调压室的阻力系数会随着流量比的增大和阻抗孔面积的减小而增大。其中,在分流工况时,双机运行的调压室阻力系数比单机运行的调压室阻力系数要大;在合流工况时,单机运行的调压室阻力系数与双机运行时的相差无几。试验结果可为类似型式的尾水调压室的设计与研究提供借鉴及参考。     

搅拌槽内挡板对搅拌效果的数值模拟

挡板大量用于工业搅拌设备中,对于挡板的研究目前大多采用试验方法,而使用数值模拟软件模拟挡板对搅拌效果影响的研究很少。对搅拌槽在不同挡板系数下的搅拌效果进行了整体数值模拟,成功模拟了槽内流体的湍流强度和流动分布,比较了不同挡板系数下的搅拌功率。结果表明,当挡板系数增加时,搅拌功率也增加,当挡板系数增加到一定程度时,搅拌功率不再增加,数值模拟结果与文献试验结果有很好的一致性。     

基于ANSYS二次开发的立洲水电站调压井有限元内力计算及配筋研究

以四川木里河立洲水电站调压井工程为研究对象,对围岩稳定及衬砌结构内力分布与配筋等开展了较为深入系统的研究。通过ANSYS软件二次开发,利用APDL编制调压井任意断面的内力计算程序,对不同工况典型断面进行内力分析,获得了井筒沿高程内力分布图,对施工工况(锁口衬砌段)、运行工况(最高涌浪控制工况下井筒衬砌和底板配筋)提出了调压井衬砌结构的配筋建议。     

事故闸门与露天水池相结合调压井设计研究

针对高水头、大流量、长引水隧洞的水电站,调压井布置受地形、地质条件限制以及常规型式不能满足设计要求的问题,以柏香林水电站为例,对比了事故闸门与蝶阀方案,以及各种调压井型式,通过调压井结构计算和水力计算论证了事故闸门与露天水池相结合调压井设计的合理性。结果表明:事故闸门与露天水池相结合调压井具有事故闸门和水室式调压井的优点,安全可靠性较高,且方便检修管理。该型式调压井可有效地减少涌波高度,从而降低调压井的高度,节省工程量,减少投资,具有经济性和适用性,有效地解决了特殊地形地质条件调压井设计的难题,因此对调压井设计具有重要的参考价值。     

长尾水洞抽水蓄能电站调节稳定性及参数优化

佛子岭抽水蓄能电站采用水泵水轮机,尾水调压室的断面尺寸不满足托马稳定断面要求,尾水隧洞长达1 500 m以上,水流惯性大,在空载工况可能诱导引起频率调节的低频脉动,导致机组不能正常并网运行。文中提出了描述抽水蓄能电站调节动态特性的非线性数学模型,提出了衡量水轮机调节性能质量的附加指标———调速器参数的选择应促使调压室水位波动的快速衰减。最后通过数值仿真的方法研究调速器参数bt、Td、Tn的优化选择,不仅使水轮机孤立运行的频率调节具有较好的质量,而且使调压室水位波动快速衰减。     

不同体型调压室的瞬态水力特性对比分析

由于地形特征和调压室断面积的不同,水电站调压室体型也多种多样,从而使水电站过渡过程具有不同的瞬态特性。本文采用基于特征线法的一维计算及基于CFD方法和VOF模型的三维计算,比较了T型截面调压室和π型截面调压室过渡过程中的瞬态水力特性。一维计算结果表明,两种体型的调压室涌浪及调保参数随时间的变化规律相同,且调保参数均在控制范围以内。一维与三维的结果基本一致,但三维计算可反映液面的真实波动,即T型调压室在机组甩负荷工况下产生较大的涌浪波动,启动工况下产生立轴旋涡,并迅速蔓延到升管内,可能会影响水电站的安全运行。而π型调压室中的水流流态较平稳,未产生吸气旋涡。因此,采用π型截面的调压室更符合工程需要。     

水室与溢流相结合的新型调压井水力学计算研究

目前对水室与溢流相结合的新型调压井研究较少,水室和溢流相结合的新型调压井通过溢流堰溢流和水室补水,能有效降低调压井高度,因此有必要对水室和溢流相结合的新型调压井进行研究。水室和溢流相结合的新型调压井结构复杂,调压井水力学计算是该新型调压井研究的重要课题。以腊寨水电站水室与溢流相结合的新型调压井为例,通过水电站引水系统建立数学模型,完整地考虑了系统各环节非线性因素的影响以及上游水库、分叉管路、调压井、水轮机等边界条件,利用特征线方法进行管道水击计算,托马公式进行调压井稳定断面计算。结果表明:机组负荷突然发生变化时,机组转速随之变化,调压井水位上下波动不断衰减,最终水位稳定。机组转速、蜗壳和尾水管压力满足规范要求,达到了经济、安全、可靠的目的,机组的调节最大偏差小、时间短、振荡次数少,动态品质指标较好。调压井最低涌波水位高于调压井底板高程,最高涌波水位低于调压井顶高程,满足调压井不掺气和不漫顶的要求,因此调压井体型设计合理,水电站运行安全。