官地水电站尾水系统体型优化研究

应用计算流体力学技术对官地水电站尾水系统进行数值模拟,得到其水头损失和流态,确定设计方案.进行模型试验,并对比分析数值计算和模型试验结果,证明CFD计算结果的可靠性.通过方案对比及体型优化得出较优的尾水系统体型,该设计可供类似工程参考.     

官地水电站尾水调压室与尾水洞连接岔洞的体型优化研究

对于首部式开发的水电站,其尾水系统水头损失直接关系到长期运行的经济效益。本文应用计算流体力学技术(CFD)对官地水电站尾水系统局部布置与结构体型进行数值模拟,开展三维流场计算与分析,得到其水头损失和流态,确定设计方案;然后进行模型试验,并对比分析数值计算和模型试验结果,证明三维流场计算结果的可靠性。采用三维流场计算可进行方案对比及体型优化并得出较优的尾水(引水)系统体型,可以为一些无法进行模型试验的工程提供设计依据。     

水电站调压室内三维湍流场数值模拟

运用计算流体动力学方法(CFD)对某抽水蓄能电站尾水调压室进行了数值模拟。计算时选用适合调压室流动特性的Realizablek-ε湍流模型,采用标准SIMPLE算法,离散格式采用一阶迎风格式。计算结果揭示了调压室内流道流场的速度及压力分布规律,并据此计算出调压室水头损失系数。将水头损失系数计算结果与水力模型试验结果进行比较,发现采用CFD方法计算得到的结果不论在变化规律上还是数值上均可达到与模型试验结果相当的精度,表明CFD方法可以应用于调压室的设计和优化中。     

构皮滩水电站尾水调压室底部岔管体型优化

构皮滩水电站5台水轮发电机组中有4台机组采用2台机组共用一尾水调压室的布置方式,鉴于尾水调压室底部原设计采用矩形交汇的体型致使水流状态紊乱,导致水头损失较大。为此,应用最新的CFD技术对岔管体型进行优化先确定设计方案,然后进行了模型试验,并对数值计算和模型试验结果进行了对比分析,为工程设计提供了科学的依据。     

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。     

阻抗式调压室水头损失系数研究

根据江苏省宜兴抽水蓄能电站尾水调压室局部模型试验结果，研究具有连接管的阻抗式调压室的水力特性，并用查表计算和经验公式计算进行验证，主要研究了连接管中水流方向、连接管道直径以及流量比对调压室水头损失系数的影响．研究表明，模型试验存在一定的误差，在含调压室系统的水力过渡过程计算中，需结合模型试验结果和数值计算结果，确定阻抗式调压室水头损失系数。     

水电站进水口水力特性数值模拟研究

结合二滩水电站、小湾水电站、洪家渡水电站和天生桥一级水电站,采用k-ε紊流模型对其进水口水力特性进行了三维数值模拟,对进水口水头损失、流速分布及流态等方面进行了总结。数值模拟结果得到了模型试验结果的验证。     

水电站尾水系统布置方式的数值研究

对两种不同的尾水系统布置方式进行了流态和水头损失的对比分析。在雷诺时均N S方程基础上,采用k ε双方程紊流模型和刚盖假定,计算了尾水系统恒定流。计算结果与模型试验相一致,结果表明尾水岔管在调压井之后的阻抗式布置方式水头损失最小,为最佳方案。     

水电站进水口渐变段局部水头损失研究

为研究水电站进水口渐变段局部水头损失,分别针对渐变段长度、隧洞长度和圆形隧洞直径三个影响因素,采用CFD方法模拟了15种进水口渐变段,进行数值分析。在此基础上,通过量纲分析研究了水电站进水口渐变段水头损失的敏感性。结果表明:水电站进水口渐变段局部水头损失与渐变段长度、隧洞长度和圆形隧洞直径有关;渐变段长度、隧洞长度对局部水头损失影响较小,而隧洞直径对局部水头损失影响较大。研究结果可为水电站进水口渐变段设计计算提供参考。     

水电站引水-尾水管道系统水力过渡过程模型试验与计算

本文针对拉西瓦水电站引/尾水管道系统，修建了一个大比尺（1/50）且部分正态、部分变态的物理模型，并通过调频电机改变导叶启闭时间，观测了机组增甩负荷时压力管道内的水流流态、水头损失、调压室涌浪及涡壳进口处的水锤压力过程线。利用模型试验实测资料，率定出调压室阻抗孔局部阻力系数的计算公式，使数值计算得到的调压室涌浪、引，尾水管道水锤压力及其过程线与模型试验吻合良好。再用数值计算弥补物理模型不能回答尾水管进口最大真空度以及模拟非线性关闭的缺陷，提出了物理模型设计可放弃弹性相似准则的结论。使模型材料不受限制。计算在缺乏水轮机特性曲线的条件下，数值求解转动方程也可得到机组最大转速及其过程线。     

尾水管真空度数值计算与模型试验对比研究

尾水管真空度是水电站设计和运行中重要的调保参数之一,在数值计算中,由于采用一维非恒定流的计算方法,只可能得到尾水管进口断面真空度的平均值,而模型试验时,可以测得尾水管进口断面不同位置的真空度.采用数值计算与模型试验相结合的方法,对清江水布垭水电站尾水管的真空度进行了对比研究,结果表明:模型测得的尾水管进口断面最小动水压力既包含水击压力的变化,又包含平行细铜管方向流速分量的变化;计算值介于边壁值和积分平均值之间,边壁压力不能代表断面平均压力,积分平均压力值包含流速水头,也不能真正反映水击压力的变化,所以建议还是以计算值为设计依据.     

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。     

超低水头竖井贯流式水轮机三维湍流数值模拟

针对竖井贯流式水轮机导叶叶片数对其性能的影响,结合淮安市古黄河水利枢纽工程水轮机模型试验,在一定导叶开度下,对不同导叶数的竖井贯流式水轮机进行了基于CFD的数值模拟,并获得了设计点工况下配置不同导叶数量时水轮机的水力性能。将不同方案在水头损失以及流道和转轮效率上进行了对比。结果表明：随着导叶数的增加,流道效率和转轮效率逐渐提高,水头损失随之减小。通过分析贯流式水轮机内流场并结合外特性计算结果,最终确定了最佳导叶数方案;数值模拟得到的效率与试验数据的平均误差相当小,证明了数值模拟的准确性。该方法可以为超低水头竖井贯流式水轮机设计及其水力性能优化提供参考。     

尾水洞出现明满流的水电站小波动稳定性分析

针对尾水位变幅较大的水电站尾水洞出口段常出现无压流或明满流等复杂流态,提出基于动态尾水边界的分析方法,即以始终保持有压流态的尾水洞中间特征断面的动态测压管水头作为尾水洞系统出口边界条件,结合数值模拟方法研究系统的小波动稳定性,并与传统的边界处理方法进行比较。结果表明采用试验数据和数值模拟相结合进行小波动稳定性分析,考虑了尾水洞无压流或明满流对系统稳定性和调节品质的影响,能够较准确地反映系统的动态特性。     

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。     

斐济南德瑞瓦图水电站工程输水系统水头损失计算探讨

输水系统是水电站工程重要的组成部分,尤其是对于高水头引水式电站,输水系统的水头损失计算显得更加重要。结合南德瑞瓦图水电站工程实例,探讨输水系统水头损失计算中应该注意的问题,对喷混凝土的糙率和马蹄形隧洞的水头损失计算进行了论述,为其他水电站输水系统的水头损失计算提供参考。     

百色水电站尾水隧洞明满交替流动计算研究

百色水电站运行时,尾水隧洞中有可能出现明满交替流动而使尾水系统对电站运行的稳定性和过渡过程都带来复杂的影响,因此建立合理可行的明满交替流动数值模型是完全必要的。针对现有明满交替流动的数值解法中存在稳定性差的缺点,提出了一种新的计算方法——特征隐式格式法,其主要思路是将动量方程和连续方程转化为双曲型方程组的标准形式进行差分,并通过尾水隧洞水工水力学模型试验专门对该方法进行验证,表明该计算方法是正确的。将谊方法应用于百色水电站的尾水系统动态仿真计算中,并对尾水隧洞洞型进行优化,得到了满意的结果。     

低水头水电站水头损失计算中应注意的问题

在低水头水电站设计中，对过机水头损失应进行细致的分析计算。对设计中常被忽视的电站进口出口可能产生的一些附加损失进行了分析讨论，提出在多污物河流上拦洁栅水头损失应考虑由于经常性挂污所产生的附加损失，电站出口水头损失应计入尾水同口至下游河道褴的损失。     

基于量纲分析的内镶圆柱式毛管局部水头损失研究

为了研究内镶圆柱式毛管局部水头损失规律,本文对常见4种滴灌管进行了灌水试验,同时采用CFD数值分析对4种滴灌管进行了模拟与分析验证,在此基础上,对12种滴灌管进行了模拟研究,通过量纲分析研究了毛管局部水头损失影响因素。结果表明:毛管总水头损失模拟值与实测值吻合度较好;毛管局部水头损失与毛管内径、滴头内径、滴头长度、水流流速、水流运动黏滞系数有关;毛管局部水头损失占沿程水头损失的比值与滴头间距密切相关,以Φ16毛管为例,毛管局部水头损失是沿程水头损失的0.23~1.89倍,毛管层流段水头损失很小,在不需精确计算时可忽略不计。研究结果可为管网水力计算提供参考。     

导流洞改建尾水洞明满流过渡过程数值模拟

针对导流洞区别于常规尾水洞的水力特性,在分析总结明满流数学计算方法的基础上,采用狭缝法的特征隐式格式法建立模型,对尾水洞中明满流过渡过程进行数值模拟。结合工程实例,采集过渡过程中监测点的压力和水位极值,并利用该电站引水发电系统整体水工模型试验进行验证。对比分析得到数值计算结果与模型试验结果一致,表明该数学模型适用于导流洞改建发电尾水洞明满流过渡过程的数值模拟。