双机共用尾水调压室内水体流态数值模拟分析

通过试验观察到机组在运行时调压室内部水体并不是静止的,而是一直与调压室底部流道中的水体发生着物质交换与能量传递。当只稳定运行其中一台机组时,调压室底部产生的水头损失比较大,原因是流态不对称。应用计算流体力学数值模拟方法,对双机共用尾水调压室机组稳定运行工况下调压室内水流流态进行了数值模拟,结合试验观测到的现象发现:单台机组稳定运行工况下流经调压室两个阻抗孔的流量大于两台机组同时稳定运行工况下的流量;单台机组稳定运行工况下,调压室内水体波动较大,调压室水面流速比两台机组同时稳定运行时要大些。     

双机共尾水溢流式调压室过渡过程研究

由于地形、地质以及运行时的流态等原因,近期一些尾水调压室在设计时采用了室后交汇布置的形式,这种布置形式是将其底部孔口和各支管相连,因此致使在稳定运行状态下,出现了一些新的水力学问题。以一维刚性水锤及弹性水锤的特征线方法为理论基础,结合某电站工程实例,对双机共尾水溢流式调压室进行了数值模拟。结果表明,在稳定运行时,调压室两阻抗孔均存在进出流量,其值的大小与各支管流量和尾水支洞水头损失系数有关,即与支管内水头损失有关;调压室涌浪以及溢流量随着阻抗孔口及溢流堰宽度的增加而增大。     

构皮滩水电站尾水调压室阻抗孔口型式研究

利用1:40比尺模型,模拟了乌江构皮滩地下电站1号和2号机组共用的调压室和尾水隧洞,并通过控制锥形阀开度来模拟通过水轮机的流量过程.通过恒定流试验测量每一种阻抗孔型式下流入和流出调压室的流量系数,并对阻抗孔口大小、形状进行优化；通过非恒定流试验测量不同工况时调压室阻抗孔口不同大小、形状时调压室内的最高最低涌浪、阻抗孔板正反向压差、尾水洞沿程测点的压力变化过程等参数,探讨了不同阻抗孔口尺寸、形状对调压室内水力参数的影响.     

构皮滩电站尾水调压室阻抗孔口型式研究

利用1：40比尺模型，模拟了乌江构皮滩地下电站1号和2号机组共用的调压室和尾水隧洞，并通过控制锥形阀开度来模拟通过水轮机的流量过程。通过恒定流试验测量每一种阻抗孔型式下流入和流出调压室的流量系数，并对阻抗孔口大小、形状进行优化；通过非恒定流试验测量不同工况时调压室阻抗孔口不同大小、形状时调压室内的最高最低涌浪、阻抗孔板正反向压差、尾水洞沿程测点的压力变化过程等参数，探讨了不同阻抗孔口尺寸、形状对调压室内水力参数的影响。     

长连接管形式对尾水进口压力和涌浪影响研究

抽水蓄能电站中,根据尾水调压室长连接管管径和阻抗孔孔径是否一致,可将尾水调压室分为两种形式。分别建立了这两种不同长连接管形式的调压室边界条件数学模型。以特征线法为理论基础并结合工程实例,对不同连接管管径和阻抗孔孔径的若干组合方案进行过渡过程的数值模拟,并计算了各组合方案中阻抗孔局部水头损失系数,同时分析不同组合方案中阻抗孔局部水头损失系数的差异及其对尾水进口压力水头和涌浪水位的影响。结果表明:增大连接管管径或者阻抗孔孔径均会增大尾水进口最小压力水头和尾水调压室最高涌浪水位。连接管与阻抗孔直径相等与连接管管径略大于阻抗孔孔径的方案相比,两者尾水进口最小压力水头相差较小,但后者可以更为明显地降低调压室最高涌浪水位,这一结论可以为工程中连接管和阻抗孔直径的选取提供参考。     

多机组水电站调压室阻抗系数的三维数值模拟

水电站多台机组共用调压室的流态较为复杂,通过模型试验的方法确定其水头损失系数时,历时较长,代价较高。本文利用fluent软件建立数学模型对某常规水电站多机组共用一个尾水阻抗调压室的阻抗系数进行数值模拟分析,分别研究调压室两种典型工况和不同机组台数组合运行时的情况,并将数值模拟结果与物理模型试验值进行了比较,证明用数值模拟方法研究水电站多机组共用调压室的阻抗系数值是有效可行的。     

水电站尾水调压室型式的试验研究

目前，水电站的尾水调压室大多采用简单式型式，为了比较它与差动式和阻抗式尾水调压室的优劣，作者对三种型式的尾水调压室从水击波的反射特性、调压室的涌浪高低、水头损失的大小，以及工程结构的难易等方面进行了对比试验．本文通过对试验结果的分析和研究，评述了选用至动式或阻抗式尾水调压室比选用简单式尾水调压定更为经济适用，文中并有举例计算．     

调压室位置和面积变化对尾水管压力的影响研究

为了研究尾水调压室位置和面积的变化对尾水管压力值的影响,结合某水电站阻抗式尾水调压室的工程实例,运用通用的水电站过渡过程软件建立模型,并进行数值计算分析,该过程考虑了水轮机组的特性和边界条件、导叶的关闭规律以及弹性水锤的作用。结果表明:并不是尾水调压室与厂房的距离越近,越有利于尾水管压力值,调压室对尾水管最小压力的影响存在着临界位置,调压室面积的改变亦能较大程度地影响尾水管最小压力值。当调压室越过其临界位置向水电站厂房方向靠近时,尾水管最小压力值的变化幅值很小,这并不能使尾水管最小压力得到明显的改善,但是当增大调压室面积时,则会显著改变尾水管最小压力值。该结论对调压室和水电站地下厂房的布置非常有利,并有效缓解了地下洞室围岩稳定与水力过渡过程之间的矛盾。     

闸门井兼调压井底部阻力系数的试验研究

试验研究了某抽水蓄能电站闸门井兼调压井底部阻力系数，得出了异形调压井底部阻力系数的一些规律，进流时的阻力系数比出流时的阻力系数大；随着阻抗孔面积的减小，阻力系数增大；闸门井的阻力系数与阻抗孔断面面积与闸门井断面面积的比值成近似直线关系，阻抗孔的形状对闸门井的阻力系数影响不明显。     

双尾水调压室抽水蓄能电站过渡过程研究

为了研究双调压室布置的尾水系统在过渡过程中的特点,基于一维瞬变流理论对该布置形式下尾水管最小压力的影响进行理论分析,结合此类型抽水蓄能电站实际尾水布置,建立了过渡过程计算模型,对电站可能出现的多种过渡过程工况进行模拟计算。将多台机组分为两组分别布置在调压室且室后交汇,结论表明:双调压室布置能够更好地控制调压室涌浪,减少工程量;在甩负荷工况中,双调压室布置调压室流出流量变化率大于单调压室布置方案,在机组流量变化率一致时能够极大地改善尾水管最小压力;双调压室间对不同甩负荷方案的防护效果不同,多台甩负荷机组受不同调压室调节时,两调压室都能够达到较大的流出流量变化率,起到了防护作用,多台甩负荷机组受同一调压室调节时,直接调节的调压室可以起到更好的防护作用。双调压室布置为一洞多机抽水蓄能电站提供了更加灵活的甩负荷机组选择方案,对尾水系统设计与实际运行有参考价值。     

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。     

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.     

电站变顶高尾水洞水力过渡过程现场监测分析

阻尼井+变顶高尾水洞是一种新型的水电站尾水压力管道体型,国内尚无单机容量700 MW巨型机组的运行实践经验。为进一步了解大型机组变顶高尾水系统的水力特性,验证工程设计和水工模型试验成果,确保工程安全稳定运行,结合启动试运行和正常蓄水位机组调试安排,对三峡地下电站进行了2个特征库水位(152.3 m,175.0 m)和4个负荷量级(25%,50%,75%,100%)的机组甩负荷水力过渡过程进行现场监测。重点监测了蜗壳和尾水管进口部位水锤压力、阻尼井涌浪、变顶高尾水洞明满流交替和机组转速升高值等内容。监测成果表明:三峡地下电站变顶高尾水洞各项水力参数指标均满足设计要求,并有一定安全裕度,监测成果可为今后变顶高尾水洞工程设计和运行提供参考。     

调压室阻抗孔修圆三维数值计算

为实现物理模型与数值计算的互补,采用k-ε紊流数学模型对阻抗孔修圆进行三维数值计算,得到阻抗孔与调压室底板连接处和与底部流道连接处不同修圆半径时流入、流出大井的阻抗系数,并将阻抗孔未修圆时的计算值与实测值进行对比分析。计算结果表明:阻抗孔未修圆时水流进入阻抗孔后发生突缩,流速分布不均,中间大、周边小,阻抗系数相对较大;阻抗孔修圆后突缩效应明显减弱,水流较为平顺、均匀,阻抗系数明显减小。阻抗孔修圆优化减小了突缩损失,能够有效减小阻抗系数,即可增大阻抗孔的流量系数。     

连接管对调压室涌波水位和水锤压力的影响

在传统大波动过渡过程计算中,调压室底部连接管的影响往往是作为阻抗孔来考虑,在连接管较长的情况下,采用阻抗孔处理时而忽略了连接管的水体弹性,因而容易造成较大误差。通过建立考虑了连接管及不考虑连接管时的调压室节点数学模型,采用Gardel公式来处理调压室的阻抗系数,将调压室的阻抗系数变为负荷实际情况的动态阻抗系数,并结合具体工程实例来分析连接管的长度及管径的变化对调压室涌浪、蜗壳进口压力以及机组转速所产生的影响。研究结果表明,对于连接管较长的情况,应考虑到连接管的作用,为了能充分反射水锤,连接管的面积不宜过小。     

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。     

调压室阻抗孔尺寸选择的研究

为了更深入研究阻抗式调压室阻抗孔尺寸与压力引水道断面尺寸的比值关系对调节保证计算结果的影响,采用非恒定流计算特征线法,以3条引水支管共用阻抗式调压室的工程实例为研究对象,进行了水电站压力引水系统仿真计算研究。通过对调压室涌浪水位、机组最大转速升高率和蜗壳末端最大水锤相对升压值计算成果的分析,得出调节保证计算参数均满足设计规范要求的前提下,阻抗式调压室阻抗孔面积与压力引水道断面面积比值的合理取值范围为28%~46%。该结论对指导类似工程建设具有一定的实际意义。     

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。     

考虑连接管的调压室水头损失系数回归分析

为研究调压室结构参数与流态工况对局部水头损失系数的影响,在物理模型实测数据的基础上建立多元线性回归模型。得到了用于计算带连接管的尾水调压室水头损失系数的回归方程,并将回归分析结果与水工模型试验结果进行比较分析。研究表明：回归分析结果与水工模型试验结果吻合度高,相应回归方程能够在分流比、管径比及水流流态的交互作用下较好地反映出局部水头损失系数的变化规律,具有很强的工程适用性,可应用于调压室水力设计中水头损失系数的取值计算。