卜型岔管水力模型试验及三维数值计算研究

结合无锡马山抽水蓄能电站卜型岔管试验研究，对卜型岔管不同工况的水流流态、水头损失等水流特性进行了水力模型试验与数值计算研究，试验中发现并成功地模拟出二次流流态。数值计算采用Reynolds应力方程模型(RSM)的湍流模型，应用有限体积法和二阶迎风格式，速度场与压力的耦合计算采用Simplec。研究结果表明，计算与试验结果吻合较好。卜型岔管在不同运行工况下的水头损失差别较大，多数工况下流态分布比较均匀，总体能量损失较小，适合工程中优先选用。     

无压引水洞岔洞水力模型试验及仿真分析

无压隧洞充水过程水流呈现瞬变流特性,岔洞段流态复杂。对无压隧洞卜型岔洞充水过程进行了室内物理模型试验和CFD计算机仿真,试验采用正态模型,数值计算采用标准 湍流模型;研究了闸门不同开度下分水口及闸室段水流流速、压力分布特征和流态变化规律;将模型试验数据和数值仿真计算结果进行了对比分析,给出了充水过程中不同时刻闸前后水面线变化规律,满足分流比的闸门开度组合形式和优化后的岔洞口体型。     

突扩突跌侧空腔掺气水力特性大涡模拟

基于模型试验和大涡模拟紊流模型及具有自由面追踪功能的VOF单流体模型,对中闸室出口处突扩突跌掺气设施侧空腔长度和侧墙上的水力特性进行了试验和数值模拟研究。试验与数值模拟结果表明：大涡模拟可以更为精细地揭示近壁水流特性。本文的掺气设施可形成较长的侧空腔,水流与侧墙接触后侧墙上未见负压区存在,水流对侧墙的动态冲击会在靠近侧墙的下游水流中形成大量气泡;较大的水翅不利于侧空腔的掺气,并会引起下游水流产生不利的流态。     

抽水蓄能电站尾水岔管水流运动及阻力特性试验研究

结合江苏宜兴抽水蓄能电站尾水岔管试验研究任务,利用粒子图像测速（PIV）系统测量了岔管内的水流流态,同时在含弯道和岔管的试验段前后断面上量测压强差,通过水头损失分析,对尾水岔管的水流阻力特性进行了研究。结果表明岔管段的水流运动和抽水蓄能电站的运行工况有密切关系,双机发电和双机抽水时岔管内的水流运动平顺,无明显的漩涡,单机发电及单机抽水工况未过流支管内有明显的漩涡运动。岔管内水流阻力特性实验结果表明在不同运行工况下水流进入阻力平方区的临界雷诺数是不同的,并获得了相应的临界雷诺数和阻力平方区的局部水头损失系数,为工程应用提供参考。     

卜形岔管水力特性研究北大核心CSCD

提出在不改变分岔角角度的同时,通过设置直线倒角,以应对分岔角应力集中问题。通过数值模拟方法,研究了设置倒角的卜形岔管水力特性,具体对比分析了不同结构参数的圆弧形、直线倒角体型岔管汇流的水流流态、泄流能力和压强特性。结果表明,直线倒角体型岔管流场平顺,主流流向与支管轴线的一致性较好,而圆弧形倒角体型岔管的流场顺畅性相对较差;对于相同的倒角半径,直线倒角体型岔管的泄流能力优于圆弧形倒角体型岔管,且倒角半径越大,对泄流能力的影响越大,与无倒角时相比,直线倒角与圆弧形倒角体型岔管泄流量最大降幅分别为0.5%、6.8%;直线倒角体型岔管压强分布特征与无倒角体型岔管较为接近,但圆弧形倒角体型岔管与之有明显区别,存在局部低压区。     

Y型月牙肋岔管导流板的水力特性试验研究

依据某电站内加强月牙肋岔管的水力学模型试验成果，给出一个正确确定导流板体型及尺寸的方法，并充分揭示了导流板的水力特性，对Y型对称月牙肋岔管中的水流流态、岔管顶部排气、水头损失、导流板两侧压差等问题进行了重点研究，所得结论与真实情况完全吻合。     

抽水蓄能电站岔管导流板体型研究

岔管体型对抽水蓄能电站水头损失影响较大,间接影响到电站的运行效益,岔管体型优化是当前研究的一个热点问题.为减小岔管的水头损失,本文在传统岔管设计基础上,提出一种新的岔管导流板设计方法.采用突缩管验证了数值模拟的准确性,通过数值模拟比较了有无导流板的岔管的流速分布,对岔管导流板的体型进行了优化.结果表明:岔管导流板能够减...     

60°弯道丁坝水流水力特性数值模拟研究

采用气液两相流模型结合RNG k-ε紊流模型(FLUENT 6.3)对60°弯道内布设丁坝时的水力特性进行了数值模拟,自由液面的捕捉采用VOF(Volume of Fluid)法,速度与压力的耦合方程组利用半隐式SIMPLE(Semiimplicit Method for Pressure-linked Equations)算法求解,控制方程采用有限体积法离散。将弯道内布设直丁坝时流速和水位的模拟结果与试验数据进行了比较,两者吻合较好。随后用该模型研究了T型丁坝对弯道水力特性的影响并与直丁坝进行了比较,结果表明:T型丁坝在调整水面横比降、减小坝后回流区长度、改善弯道水流流态等方面较直丁坝有明显优势。     

多机组泵站侧向进水特性模拟和改进研究

某闸站结合式侧向进水泵站进水池内存在的不良流态会危害到水泵机组的正常运行。采用CFD(Computational Fluid Dynamic)技术对原方案前池和进水池的流态进行了数值模拟,通过数值计算发现:1#~10#进水池内存在大尺度的回流,所有进水池后壁处均有水流旋转。针对上述不良流态,在进水池内设置了三种不同的组合整流措施。计算结果表明:方案4——三段型隔墩、立柱和后隔板组合措施的整流效果最好。该组合措施下,大范围的回流区消失,进水池横剖面上的轴向速度分布均匀,各特征线上的流速均匀度提高3~11个百分点,后壁处的水流不再回旋,水流能对称均匀地流入吸水管,不良流态基本得到解决。该研究成果对其他同类泵站进水池的改造有一定的参考价值。     

基于CFD的抽水蓄能电站岔管水力优化

抽水蓄能电站岔管体型及其内双向水流流态对水头损失影响较大,直接关系到电站运行效率和长期效益,近年来受到高度关注.在满足结构要求的前提下,本文以减小岔管水头损失为主要优化目标,应用CFD技术对抽水蓄能电站岔管进行水力优化.首先介绍数学模型和计算方法,并通过与实验数据的对比验证计算模型.在确认计算准确性的基础上,以月牙肋岔管为对象,分析肋宽比、分岔角、管径比、扩散率等体型参数对岔管水头损失影响的规律,为岔管体型优化提供依据.接着计算一管四机连续分岔的岔管群,探讨相邻岔管之间的水力影响.进而以某抽水蓄能电站岔管为例进行水力优化分析,给出优化体型.最后总结体型优化规律,指出岔管设计中应注意的事项.     

分布式供水泵群水锤防护计算研究北大核心CSCD

为减轻分布式泵群停电产生的负水锤对供水系统的危害,提出了一种单向塔和空气阀联合防护的方案,明确了单向塔的防护效果,给出了主管集中段设置空气阀的基本公式,并以坦桑尼亚城市供水工程为研究对象,通过数值模拟的方法,验证了其合理性。研究结果表明:单向塔和空气阀的联合防护相较于单一的单向塔防护,效果更好,可以大幅减少工程造价;单向塔直径和连接管直径均需结合实际工程进行参数优选。     

过渡阶梯体型对一体化消能工水力特性的影响

宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的一体化消能工有效地解决了我国高坝泄洪建筑物在高水头、大单宽流量下的高速水流问题,但仍然存在空蚀破坏的问题。通过对三种过渡阶梯与阿海原工况共4种方案下Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工进行水工模型试验,对比分析其水力特性,结果表明：①各方案反弧段内的最大时均压强出现在方案一中,相比有过渡衔接方式的三种方案的最大时均压强增加了3.3%;②过渡阶梯体型对台阶面负压影响较大,最大负压均出现在第二台阶立面凸角上缘,四个方案中,方案三最大负压最小,为-0.33 kPa;③从消能方面来看,方案一的消能率最低,为51.71%,方案三的消能率最高,为52.77%,比方案一增加了2.05%。     

不同台阶数的过渡阶梯对阶梯溢流坝面压强及消能特性的影响研究

宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工很好的解决了我国由于大单宽流量和高水头等引起的高速水流问题,该消能工常采用过渡阶梯连接宽尾墩与阶梯溢流坝。本文基于阿海水电站溢流表孔,应用水汽两相流VOF计算方法的三维RNG k-ε湍流数值模型,速度与压力采用PISO耦合的算法方式,利用几何重建格式对水气交界面附近进行插值的非恒定流迭代求解,对1个高2 m、宽1.5 m台阶组成的过渡阶梯,2个高2 m、宽1.5 m台阶组成的过渡阶梯,3个高2 m、宽1.5 m台阶组成的过渡阶梯和原工况四种方案的宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工进行三维流场数值模拟。结果表明:各方案均在首级阶梯内产生负压,且前三种工况在首级阶梯固壁压强分布基本一致,竖直壁面最大负压均出现在桩号22.56 m附近,其最大负压(-0.899 k Pa)较原工况最大负压(-4.469 k Pa)小。同时前三种工况水平壁面最大负压(-0.597 k Pa)较原工况最大负压(-3.898 k Pa)也小。即过渡阶梯的台阶数对负压分布影响不大。在消能方面,有2个台阶组成的过渡阶梯对阶梯溢流坝的消能率最高(为34.205%),其中过渡阶梯的首级台阶对阶梯溢流坝的消能效果影响最大。     

再热器外接管座温度场与热应力的有限元分析

进行了再热器对空排气管三通管座的温度场和热应力的有限元分析,并选取机组起动后第50min、200min和480min3个点的数据加以讨论。结果发现,由于管道内形成的冷凝水周期性地回流或溢流至再热器外接管内侧,使角焊缝应力集中处形成了热疲劳,并造成管子产生裂纹。     

垂直上升管内低质量流速汽液两相流摩擦阻力的实验研究

该文介绍了一种测量汽液两相流摩擦阻力的方法,作者对垂直上升管内低质量流速高中低压汽液两相流摩擦阻力进行了试验。试验段用２５×２．５ｍｍ不锈钢管制成,长为１．５ｍ。试验参数范围为：Ｐ＝３．８９～１３．７３ＭＰａ;Ｇ＝３９１～１０００ｋｇ／ｍ２·ｓ;ｑ＝０．４～１．８６ＭＷ／ｍ２;ＸＰ＝０．０５～０．３１４。试验得出了上述参数范围内两相流摩擦阻力数据和经验关系式。图６     

低水头下水泵水轮机水轮机工况压力脉动研究

基于Realizable k-ε湍流模型,对某蓄能电站模型水泵水轮机进行几何建模,设定压力脉动监测点,进行三维全流道水轮机工况非定常数值计算,分析导叶开度为29mm,33mm,37mm和41mm四个工况下各监测点的压力变化,并与模型试验结果进行对比,研究水泵水轮机在低水头下的压力脉动特性。结果表明:Realizable k-ε湍流模型对低水头下水泵水轮机压力脉动的数值模拟可行,在大开度工况时更加精确;导叶开度为29mm时水泵水轮机内部监测点压力脉动最强,随着导叶开度的增加压力脉动在逐渐的减弱;转轮旋转形成的"活动导叶-转轮-尾水管"两级动静干涉,使活动导叶与转轮之间无叶区内监测点的压力脉动时域图呈现周期性变化规律,对应主频为叶频,尾水管锥管段时域图也呈现周期性变化,并在其频域图叶频处出现一个峰值;肘管内监测点压力脉动由于尾水涡带的影响主频为0.17~0.56倍转频的低频分量。     

输配水系统明满瞬变流全窄缝数值模型

发生在输配水系统中的明满流交替过程是引起系统破坏的主要原因之一。准确模拟发生在输配水系统中的混合明满流瞬变过程,是亟须解决的技术难题之一。然而,常用的Preissmann窄缝法无法模拟含负压流的瞬变过程,很大程度上限制了该数值模型的适用范围。本文耦合二分压力法及Preissmann负窄缝思想,建立了一套可模拟求解非恒定明流、含负压的有压瞬变流及含负压的明满交替混合流数值模型,并基于CFL约束条件提出了对负压流与明流的判别方式。通过明渠充水、有压管道水锤及充水过程中关阀形成的明满流交替及水锤同时作用的复杂算例表明：本文所建模型突破了传统Preissmann窄缝法不能模拟负压的局限及二分压力法判别明流及满管负压流的困难,实现了对不考虑气液两相相互作用下的明满交替瞬变流的准确模拟。     

竖井式进/出水口工程尺度SPH方法模拟研究

抽水蓄能电站是清洁能源体系的重要调节设施,进/出水口的水力特性直接影响抽水蓄能电站运维和收益。抽水蓄能电站竖井式进/出水口水力特性的数值模拟多采用基于网格的欧拉方法,但由于弯管段体型突变,导致孔口区域流场计算精度下降。为了克服欧拉法网格畸变的不足,本文尝试无网格的拉格朗日光滑粒子流体动力学SPH方法对含弯管段的竖井式进/出水口水力特性进行工程尺度精细模拟。结果表明,通过GPU硬件加速,实现了工程尺度的千万级粒子数SPH模拟计算,结果精度较高;对比模型试验结果,发电/抽水工况下上水库至直管段水头损失系数模拟相对误差为15.79%和19.51%,孔口断面流速不均匀系数模拟相对误差为6.30%和3.20%;对比PIV测量结果,弯管段模拟结果一致性较高,但扩散段流动分离现象较明显;对比不包含弯管段的Fluent计算结果,导流锥附近无漩涡且孔口回流区域面积更小。研究发现,相较于欧拉法,SPH方法更清晰地模拟流动分离、二次流等复杂紊流现象,且在局部体型突变处模拟更贴近实际流动特征,具有较大模拟应用潜力。