无压隧洞水力过渡过程数值模拟研究

水电站引水发电系统无压隧洞中的水力过渡过程是近年来电站设计中出现的一个新课题,特别是流域梯级电站开发中经常遇到.结合工程实例应用扩散法,给出了无压隧洞水力过渡过程数值模拟的基本方程以及上下游及弃水堰等边界附加方程,计算得出了无压隧洞内的水位变化过程.     

无压输水隧洞数值模拟研究

隧洞在水利工程中被广泛应用,本文以黄泥滩灌区供水工程引水隧洞为例,采用计算流体动力学软件FLUENT对无压隧洞进行二维数值模拟研究,选择VOF方法来模拟自由水面,与RNGK-ε模型耦合建立无压隧洞洞内的水气二相流数学模型。通过计算得出了同一流量、不同库水位、不同闸门开度的流速场及水面线,并模拟出了隧洞内闸室及消力池之间的最大流速及流态,对其进行了分析,可为水工设计提供技术支撑。     

长距离无压引水隧洞水气两相流数值模拟

建立了长距离无压引水隧洞水气两相流耦合VOF法的三维标准k-e紊流模型,近壁面采用考虑糙率影响的壁面函数,采用PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法求解非稳态的水气两相流流场。应用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)软件STAR-CD对某长距离无压引水隧洞水气两相流进行了模拟。结果表明长距离无压引水隧洞在隧洞进口处出现水流扰动区,在主支洞交汇处出现水流漩涡区,在隧洞出口处出现水流突变区;分析了隧洞沿程过水面积及气流量的变化规律,结果表明01支洞和02支洞补气不明显,03支洞补气明显;对某水库放水兼放空洞水深实测数据进行了验证对比,模拟结果与实验基本吻合。     

长距离无压引水隧洞水气两相流数值模拟

采用计算流体力学软件STAR-CD的水气两相流耦合VOF法的三维标准k-ε紊流模型对长距离无压引水隧洞进行了模拟计算。计算中引入考虑糙率影响的壁面函数,并用PLIC方法对水气交界面进行了重构。通过与引额济乌一期工程尾部调节水库泄水洞模型试验结果的对比表明,计算结果与实测数据基本吻合,说明所采用的数学模型是可行的。应用此模型对新疆八十一大坂长距离无压引水隧洞水气两相流进行了模拟,结果表明长距离无压引水隧洞在隧洞进口处出现水流扰动区,在主支洞交汇处出现水流漩涡区,在隧洞出口处出现水流突变区,并分析了隧洞沿程过     

水电站无压引水隧洞非恒定流模型试验研究

水电站无压引水隧洞在运行中会出现非恒定流水力现象，而物理模型试验则是确定这类无压引水隧洞非恒定流水力参数的重要手段。本文通过具体工程应用实例，介绍了无压引水隧洞非恒定流模型试验的模型率和设计方法。指出模型试验材料决定了无压隧洞正态模型试验的比尺。在无压隧洞靠近下游段设置溢流弃水堰，在有压隧洞前设置大底坡连接过渡段，对控制无压隧洞内的非恒定流水力危害是十分有效的工程措施。     

某水电站引水隧洞开挖支护数值模拟研究

选取引水隧洞与断层和不整合带相交的最危险断面,建立FLAC3D模型,考虑施工过程对围岩的劣化作用,研究了隧洞分步开挖和支护的各个施工过程中,围岩的变形及稳定性。研究表明,隧洞开挖过程中考虑围岩的劣化时,出现了明显的松动圈,说明围岩劣化对隧洞稳定性有很大影响。采取支护措施后,围岩的变形和应力均有较大改善,但仍存在局部块体的稳定问题,断层位置易产生变形和应力集中,应该引起足够的重视。     

引水隧洞进口明满流数值模拟

以雪山水库引水坝调洪演算成果和工程投资估算为依据,拟定引水隧洞断面尺寸和引水坝水位,校核水位2 449.99m时,引水隧洞出现了明满交替流流态。采用有限体积法,运用计算流体力学数值模拟软件FLUENT对不同进水口型式的引水隧洞进口段进行数值模拟。在此基础上,比较引水隧洞在明满流流态下不同进水口型式的洞内脉动压强和水流速度沿水流方向变化情况,分析得出喇叭型进水口可更好的改善过流条件,减小明满流的不利影响。     

无压引水隧洞经济纵坡的计算和选择

长距离高扬程引水工程中的无压输水隧洞，其经济纵坡的选择受引水流量、地质情况、建材价格、电价及社会折现率等诸多因素的影响，无压长隧洞的纵坡选择是否合理，对整个引水工程的经济效益影响较大。通过对引黄入晋工程无压引水隧洞经济纵坡的选择，提出了高扬程、长隧洞经济纵坡的计算、比选方法。     

小水电站采用无压引水隧洞的探讨

针对已建的小水电引水工程中普遍采用的无压引水隧洞方案，总结分析其投资、施工技术条件和对生态环境的保护，并就有关问题进行探讨。表1个。     

基于数值模拟对深埋引水隧洞地震响应研究

以某城市某项目引水隧洞为研究对象,以构建的深埋引水隧洞的地震响应进行数值模拟研究为基础,通过控制变量,分析不同条件下岩体的力学特性,建立其本构关系模型。同时,分析模型情况,并在动静荷载作用下研究其岩体的具体破坏情况。结果表明,通过建立数值模拟本构关系模型,其本构关系曲线主要为直线弹性-脆性下降-理想状态3个阶段,同时考虑以应变、围压以及破坏效应为主要基础。引水隧洞经受地震条件作用时,响应过程与深埋应力结构具有差异。通过分析静动条件下引水隧洞地震响应情况,从不同轴压、围压条件以及峰值、荷载作用时间4个变量对引水隧洞的地震响应情况进行探讨。应力状况会随着轴压变大而变大,随着围压变大而变小。并且当荷载作用时间不变时,峰值荷载越小,其应力越小;当地震峰值荷载不变时,荷载作用时间越长,其应力越大。     

低堰过流的数值分析

在中小型水利工程中,低堰应用是十分广泛的.而目前有关低堰的水力设计方面,包括设计准则和有关参数的选择,由于研究较少,只能延用高堰的一些标准和经验,导致设计的经济、合理受到影响.采用数值模拟可方便地对低堰的水力特性进行研究,节省工程时间和成本.文中采用Realizablek-ε两相紊流模型、VOF自由液面处理,对低堰进行...     

CATIA在溢流堰设计中的应用

在以往的溢流堰设计中,堰面曲线都是根据计算的点在CAD中生成,当堰面曲线的参数发生变化时,需要重新生成堰面曲线,技术含量低,耗费时间长。通过三维设计软件CATIA的应用,可以方便地对溢流堰的体型进行设计、修改,减轻了设计人员的劳动强度,加快了设计流程,缩短了设计时间。通过三维效果的展示,设计人员能够从多角度观察设计成果,及时发现设计中存在的问题,减少设计差错,极大地提高了设计水平和工作效率。以溢流堰的体型设计为例,介绍了三维设计软件CATIA在水工建筑物设计中的应用。     

九龙峡水电站溢流堰三维数值模拟

利用 FLUNET 软件,以 k-ε湍流模型封闭 Reynods 方程,采用 VOF 法追踪自由水面,对九龙峡水电站表孔溢流堰的水流按定常流动进行了三维数值模拟。结果表明：溢流堰的泄流能力、水面线、压力分布和流速分布等计算结果与模型试验实测结果吻合良好,说明数值模拟计算可以用于一些水工建筑物泄流计算和设计     

丹江口水电站堰顶溢流工作闸门分析

对丹江口水电站进水口堰顶溢流工作闸门进行了静力挡水与起吊工况的计算分析,在此基础上,对闸门薄弱部位采取了补强措施,对补强后的闸门重新复核,得到了合理的加固方案。     

虹吸井和排水口泄流三维数值模拟及堰型优化

采用k-ε湍流模型封闭Reynods方程及VOF法追踪自由水面,对南迪普火电厂虹吸井和排水口的排水过程进行了三维数值模拟,其结果与模型试验结果吻合良好,表明三维数学模型用于虹吸井和排水口泄流模拟是可行的。在此基础上,针对原设计方案虹吸井溢流堰泄流偏于一侧、流速分布不均匀等缺点,分析了迷宫堰取代原方案折型堰后的流态,经三维数值模拟验证,迷宫堰堰上过流量及堰后流速分布基本均匀对称,是一种较为理想的堰型。     

迷宫堰过流能力数值模拟

以鞍子河水库溢洪道为研究对象,采用FLUENT软件、利用 k～ε湍流模型和VOF法处理自由水面,对迷宫堰过流能力进行数值模拟。数值模拟结果与试验结果对比表明,采用的模型能够较精确的模拟迷宫堰的过流能力。计算发现,迷宫堰在堰上水头较高的情况下,对计算模型的边界条件进行优化后,可以减小计算误差,为迷宫堰的工程设计提供参考依据。     

大石门水电站脱壁流竖井式溢洪道设计及应用

为解决大石门水电站峡谷河道工程布置困难问题,采用了竖井式溢洪道泄洪,并在竖井底部设消力井进行一级消能,以简化洞外消能工。工程布置采用加大溢洪道竖井直径,并以突然扩大断面的形式与进水喇叭口末端连接,利用通气管向突扩断面大量补气,使水体与井壁之间形成气幕,水流以脱离井壁的方式下泄,增加掺气,减轻空蚀破坏;将下游泄洪洞的城门洞形断面向上游旋转90°,形成断面形式为城门洞形消力井,这种断面形式不同于传统的圆形消力井,不仅简化了施工,而且有利于水流扩散,有效提高了消能效率。经模型试验验证,这种脱壁流竖井式溢洪道形体设计及参数符合设计要求,用于工程后,较好地解决了峡谷河道施工导流和总体布置的干扰问题。     

长距离明渠调水工程数值仿真平台研究

大型跨流域调水工程,通常具有输水线路长、沿程过水建筑物类型和数量多的特点,建模过程复杂.文章提出的虚拟连接模块的概念,解决了各模块间的连接问题,实现了自适应建模,在此基础上建立了具有自适应建模的、图形化输入和数据库输入相结合的数值仿真平台.该模拟平台可以减少建模错误的发生,提高建模工作效率.鉴于过闸流态的多样性及其流态之间的过渡,给出了堰闸过渡态模拟的处理方法,实现了输水明渠水力过渡过程中水位、流量大幅度变化的无间断连续模拟.模型应用于南水北调中线工程总干渠京石段应急工况的特性研究,分析表明该模型模拟结果与原型观测结果吻合甚好,因此,文章提出的模拟平台能够模拟复杂输水渠道的水力响应过程,可作为南水北调中线工程等跨流域大型明渠输水工程的模拟仿真平台.     

带有气垫式调压室和溢流式调压井的引水系统的水力计算

介绍带有气垫式调压室和溢流式调压井的有压引水系统的数值解法。针对某一实际工程计算了调压井及气压室的水位波动、调压井溢流量、气压室的压力变化及高压管道的水击压力，讨论了气垫式调压室内的初始气体压力及体积对压力及水位波动的影响。结果表明，气压室内初始气压（或水位）的选择对系统的安全运行至关重要。