连接隧洞段断面类型对侧式进出水口水力特性影响

抽水蓄能电站实际工程布置中;侧式进/出水口与闸门井之间往往存在一定长度的连接隧洞段;目前设计过程中缺乏连接隧洞段横断面类型的选择依据。通过数值模拟手段开展了连接隧洞段横断面类型（圆型、城门洞型、方型）对侧式进/出水口水头损失、流速分布及流量分配等水力特性的影响规律研究。结果表明:出流工况下;连接隧洞段横断面为方型时其内部水平扩散和垂向扩散最充分;各项水力指标较好;水头损失系数有所减小但变化不大;流速分布及孔口流量分配更均匀;中、边孔口流速不均匀系数均小于1.5;流量不均匀程度均小于10%。进流工况下;不同连接隧洞段横断面类型对侧式进/出水口水力特性影响较小;各项水力指标均满足规范要求。研究成果可为侧式进/出水口连接隧洞段体型设计提供依据。     

扩散段长度对侧式进/出水口水力特性的影响

以某上水库无调整段侧式进/出水口为研究对象,采用雷诺应力湍流模型探究了扩散段长度对进/出水口水力特性的影响规律,并从水力学的角度给出了扩散段长度建议值。结果表明：扩散段长度对侧式进/出水口水流运动存在显著影响,扩散段不宜过长或过短;对于进/出水口沿程流速分布,只有在抽水工况下扩散段长度才会对其产生影响,发电工况下基本不存在影响;对于水头损失、各孔口流量配比等其他水力指标,扩散段长度在双向过流时均会对其产生较大影响,随着扩散段长度的增加,各水力指标均先变好再变差;对于无调整段侧式进/出水口体型,当扩散段长度为隧洞直径的5.7～6.0倍时,各水力指标满足规范要求;当扩散段长度为隧洞直径的5.8倍时,进/出水口水力特性得到较大改善,且具有较好的水流流态。     

平面扩散角对侧式进/出水口水力特性的影响

为探究平面扩散角的最佳取值范围,依托某抽水蓄能电站侧式进/出水口,采用数值模拟方法,研究了不同平面扩散角条件下的进/出水口水力特性,分析了平面扩散角对进/出水口拦污栅断面流速分布、孔口流量分配、水头损失的影响。结果表明：在平面扩散角自25°增大至45°的过程中,出流工况拦污栅断面流速不均匀系数逐渐减小,孔口流量分配不均匀程度和水头损失逐渐增大;进流工况拦污栅断面流速分布、孔口流量分配和水头损失基本无变化。综合考虑进/出水口的各项水力指标,在拦污栅断面平均流速满足设计要求的情况下,得出平面扩散角的最佳取值范围为30°～40°,与现行规范相比该范围更为精确,且与矩形渐扩管阻力系数最小的扩散角取值范围相符。     

抽水蓄能电站侧式进／出水口水力特性研究

本项研究根据对依托工程琅琊山抽水蓄能电站上、下库进／出水口在可研、初设及招标设计阶段的水工模型试验研究，对大流量侧式进／出水口的水力特性进行了系统的研究。给出了流速分布、水头损失、门井水位波幅等水力要素的分布特点及其相互关系。并据此给出了体型参数如门井段几何尺寸、扩散段长度、扩散角(立面及平面)大小、尾水隧洞与进／出水口的衔接方式、进／出水口与尾水明渠的衔接方式等的选择．从而为侧式进/出水口的体型规范化设计提出了建议。研究成果可供同类工程参考引用。     

接立面转弯隧洞的侧式出水口水力特性

对于接立面转弯隧洞的侧式出水口,立面转弯隧洞的转弯段将直接影响侧式出水口的水力特性。若立面转弯隧洞参数设计不合理,极易导致侧式出水口内部发生流动分离。选取RSM紊流模型,针对接立面转弯隧洞的侧式出水口进行数值模拟,探究立面转弯隧洞曲率半径R、弯道后直隧洞长度L及转弯角度α等参数对出水口水力特性的影响规律,并对隧洞内流动过程进行了讨论。增加立面转弯隧洞曲率半径R和弯道后直隧洞长度L能显著改善出水口的水力指标。当曲率半径R≥12D(D为隧洞直径)、弯道后直隧洞长度L≥16D时,侧式出水口内部无明显流动分离,拦污栅断面流速分布均匀且无反向流速区。研究成果将对抽水蓄能电站侧式进/出水口的设计提供指导。     

侧式进/出水口扩散出流紊动强度变化规律研究

为探求侧式进/出水口紊动强度变化规律,构建了RSM紊流模型用于侧式进/出水口流向、横向及垂向三方向上紊动强度研究,分析了进/出水口三方向上紊动强度分布沿程变化,重点关注了拦污栅处紊动强度变化规律。研究发现边、中孔三向紊动强度各断面轮廓基本一致,横向与垂向的紊动强度均小于流向紊动强度。在沿程分布规律上,壁面附近紊动强度在扩散段有减小的趋势,孔口中间紊动强度逐渐增大,水流经过扩散段以后有回转趋势。水头损失与紊动强度呈正相关,紊动产生的水头损失先增大后减小,壁面产生的水头损失与断面平均流速呈正相关。在此基础上,探讨了孔口高度、隧洞坡角、雷诺数对进/出水口三向紊动强度的影响。结果表明,雷诺数、孔口高度、隧洞坡角基本不影响紊动强度场的断面分布及沿程变化规律,但会影响拦污栅断面处三向最大紊动强度值及其所在位置。     

抽水蓄能电站侧式进/出水口隔墩布置对水力特性的影响

运用标准k-ε湍流模型和VOF两相流模型,对抽水蓄能电站侧式进/出水口、输水管道和部分上库进行了数值计算,分析了死水位条件下抽水和发电工况的进/出水口隔墩位置对进/出水口流速分布、流道分流系数、水头损失、墩头附近流速分布等水力特性的影响。结果表明:中隔墩后移对发电工况下各流道流速分布、分流系数、进/出口的水头损失几乎无影响;中隔墩后移可改善抽水工况下中隔墩两侧流道的过流流速均匀性和各流道流量分配的均匀性,降低进/出水口的水头损失,但中隔墩后移距离超过进/出水口扩散段起始断面宽度的0.3倍时,改善效果不明显;中隔墩后移进/出水口扩散段起始断面宽度的0.44～0.52倍,边隔墩后移进/出水口扩散段起始断面宽度的0.1倍,可实现墩头附近局部流速的相对均匀化;中隔墩后移扩散段起始断面宽度的0.5倍,边隔墩后移扩散段起始断面宽度的0.1倍,可实现抽水蓄能电站进/出水口水力特性的最优化目标。     

抽水蓄能电站侧式进出水口体型及水力特性研究进展

侧式进出水口是抽水蓄能电站广泛采用的水流过渡结构形式,是连接库区与输水管道的咽喉。该部位双向过渡水流结构较为复杂,对工程的运行效率及安全有重要影响,而合理的进出口体型是保证水流合理过渡和工程安全的关键。研究侧式进出水口体型及水力特性的方法主要有物理模型试验、数值模拟及原型观测。文章对进出水口前漩涡、进出口段水流过渡和水头损失等方面研究成果加以总结。分析了漩涡形成机理、诱涡因素及抑制漩涡形成的工程与非工程措施;明确了均衡过渡水流的工程要求及满足水流均衡过渡的结构体型设计准则;列举了部分工程进出水口体型参数、过渡水流特征数及进出流水头损失系数。     

侧式进/出水口数值模拟湍流模型比较研究

为研究侧式进/出水口数值模拟中不同湍流模型的适应性,本文以清原抽水蓄能电站下水库侧式进/出水口单体为研究对象,采用标准k-ε、RSM、LES和DES四种湍流模型进行数值模拟,将各湍流模型对进/出水口水头损失系数、流速分布等水力特性的模拟效果和计算效率进行对比分析.研究发现,进流工况下四种湍流模型计算结果均与实测值吻合较...     

抽水蓄能电站侧式进／出水口分流特性研究

以琼中抽水蓄能电站为例,通过进／出水口水力学模型试验,研究分析了分流隔墩的布置形式对侧式进／出水口各流道分流特性的影响。研究成果表明：对于三隔墩四流道的侧式进／出水口,为改善进／出水口内流道的分流均匀性,边隔墩宜移至起始扩散断面处且宜适当调整边隔墩与中隔墩在起始扩散断面处的间距分配比例;在试验范围内宜将中隔墩前移,增大墩头与起始扩散断面之间的距离。     

侧式进/出水口顶板扩张角对拦污栅断面流速分布影响规律研究

抽水蓄能电站侧式进/出水口双向过流,其顶板扩张角的大小将直接影响拦污栅断面流速分布是否均匀,甚至出现反向流速。抽水蓄能电站设计规范将3°～5°作为侧式进/出水口顶板扩张角的推荐范围,其依据是矩形渐扩管阻力系数最小的扩张角度,但侧式进/出水口体型较之复杂很多,因此有必要进一步探讨。本文以某侧式进/出水口体型为研究对象,采用数值模拟方法,研究了11种角度的顶板扩张角对出流工况和进流工况拦污栅断面流速分布的影响。结果表明：在出流工况下,随着顶板扩张角的增大,中孔拦污栅断面的主流位置由居中部逐渐向底部降低,断面流速分布由上下基本对称趋于底部大上部小的上下不对称,当顶板扩张角较大时中孔拦污栅断面上部出现反向流速;随着顶板扩张角的增大,边孔拦污栅断面流速分布由基本均匀逐渐变为底部大上部小的不均匀分布;随着顶板扩张角的增大,中、边孔孔口流速不均匀系数均逐渐增大,但中孔拦污栅断面流速分布受顶板扩张角影响更大。在进流工况下,随着顶板扩张角的增大,中、边孔拦污栅断面流速分布及孔口流速不均匀系数均无明显影响。研究成果可为优化侧式进/出水口设计提供指导。     

双河水库溢洪道水力特性试验研究

受地形限制,双河水库溢洪道进口段形式较为复杂,致使控制段横向水深分布极为不均、泄槽段出现明显菱形冲击波及横向水面差。为改善溢洪道的水流流态,对进口导墙布置及控制段闸墩体型进行局部修改。修改后,控制段及泄槽水流流态得到了明显改善。试验成果对类似的工程设计具有参考借鉴意义。     

清江隔河岩水利枢纽导流隧洞出口高边坡解体破坏机制分析

清江隔河岩水利枢纽导流隧洞出口高边坡岩体上硬下软,因隧洞出口段开挖,导至上斜坡体发生变形。下部软岩被水平挤出。岩体变形与开挖扰动坡脚有关,并使上部岩体在下座过程中分离解体。变形还与降雨密切相关。边坡经过衬砌加固后稳定。边坡变形的自然因素是自然边坡原处于相对稳定状态,而在施工中被扰动,岩层有向清江临时方向4°～6°的顺向视倾角,灰岩中岩溶化程度很强,以及地表水的下渗促使岩体软化等。人工因素是隧洞出口段的开挖,破坏了边坡的稳定。边坡变形特征是首先在上部岩体产生剪切裂隙带,继续变形后,导致上部岩体分解为分离体,危岩体或产生崩塌。作者在对边坡岩体进行力学分析时,考虑了岩体强度不均,用力隅力矩理论以Ⅴ号块体为便按平面题分析计算结果表明隧洞出口段基坑开挖的大小尺寸,不可能导至整个边坡的滑出。文章最后提出今后对自然边坡改造时,应注意采取的必要措施,在开挖中还应遵循自上而下的施工开挖程序。     

荒沟抽水蓄能电站上池侧式进口和出口水力学试验研究

影响抽水蓄能电站进、出水口水流特性的主要因素之一是进口水流的波涡问题,故侧式进、出水口上方常采用矩形或百叶窗式斜染进行防涡．但就荒沟抽水蓄能电站上池而言,采用这种消涡措施,经试验测得进水目前平均流速达1．60m／s左右,在各级发电工况运行时,防涡梁上方均产生吸气漩涡．依此对原防涡方案进行了修改和研究,提出了阶梯立式防涡梁防涡和消涡方案,取得了较好的防涡和消涡效果,从而为防涡工程提供了一种新的措施．     

大朝山水电站导流隧洞进出口高边坡开挖及支护施工技术

大朝山水电站导流隧洞进、出口边坡分别高达１００ｍ、７０ｍ，工程地质条件较复杂，共揭露Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级结构面１８４条，断层密集，节理、裂隙发育，稳定性差，对大断面导流洞进、出洞口安全极为不利。施工中采用自上而下分台阶开挖周边预裂与预留坡面保护层、手风钻修整相结合，边开挖边支护，及时封闭开挖坡面，以锚筋桩、预应力锚索为主体，立体支护，综合治理等施工技术，确保了开挖边坡稳定和施工、运行安全。