抽水蓄能电站侧式进/出水口流量分配研究

对于抽水蓄能电站侧式进/出水口流量分配,规范规定进/出水口相邻中边孔道的流量不均匀程度不超过10%,但实际工程设计难以达到此要求。本文以某抽水蓄能电站上水库侧式进/出水口为例,通过改变进/出水口各体型参数,利用三维紊流数学模型,重点研究了扩散段分流墩中边孔道宽度比、扩散段分流墩中墩墩头位置、扩散段长度等体型参数对各孔流量分配的影响。研究表明,对于4孔流道的侧式进/出水口,调整扩散段分流墩中边孔道宽度比、中墩墩头较边墩墩头缩进距离、扩散段长度,能有效改善流量分配不均匀程度,但相邻中边孔道的流量不均匀程度较难满足小于10%的要求。其他体型参数,例如圆变方渐变段长度,对流量分配不均匀程度的改善作用较小。研究成果对侧式进/出水口的设计具有指导意义。     

抽水蓄能电站侧式进/出水口数值模拟

侧式进/出水口作为目前抽水蓄能电站的主要形式,具有双向水流的特点.本文采用雷诺应力紊流模型(RSM)对侧式进/出水口进行了三维紊流数值模拟,数值计算结果得到了物理模型试验结果的验证,并对三孔侧式进/出水口分流墩间距进行了优化,来流不均匀性对分流的影响进行了定量描述,对弯道后水流的不均匀性进行了探讨.     

侧式进/出水口及邻近围堰环流消除优化研究

抽水蓄能电站侧式进/出水口施工完成后,往往对其施工围堰采用不完全拆除方式,从而形成残留围堰.当水库运行水位较低时,进/出水口前方水面在残留围堰和地形的影响下,很可能出现不利环流现象.这种不利环流,在出流工况下易造成进/出水口前方水面波动较大,在进流工况下易诱导进/出水口上方形成有害漩涡.本文以潍坊抽水蓄能电站下水库侧式...     

反坡段对侧式进/出水口水力特性影响研究

对于抽水蓄能电站侧式进/出水口,因进/出水口底高程低于库底高程,进/出水口与库区设反坡明渠连接,反坡坡比的大小将影响进出水口水力特性.目前缺乏反坡坡比建议值指导进/出水口设计,本文通过数值模拟研究了6种不同坡比1∶1～1∶6对进出水口水力特性的影响.结果 表明,对于进/出水口水头损失系数、拦污栅断面流速分布只有在进流工...     

侧式进/出水口水头损失系数多元线性回归分析

进/出水口水头损失是抽水蓄能电站输水系统水头损失的重要组成部分,准确计算水头损失是评估电站运行经济效益的重要需求。本文通过数值模拟方法研究了14个实际侧式进/出水口的水头损失系数;利用多元线性回归方法,建立了基于侧式进/出水口体型参数计算水头损失系数的回归方程,分析了侧式进/出水口体型参数对其水头损失系数的影响规律。结果表明：侧式进/出水口体型参数对水头损失系数的影响程度,对出流工况较显著,而对进流工况不显著;出流工况,侧式进/出水口体型参数对水头损失系数的相关性,扩散段长度、扩散段分流墩中墩缩进距离、水平扩散角、垂向扩散角、分流墩墩头中边孔宽度比和反坡段坡比为正相关,调整段长度和防涡梁段长度为负相关;利用回归方程得到的水头损失系数与数值模拟方法的结果吻合较好。本文建立的回归方程为计算侧式进/出水口水头损失系数提供了新方法。     

竖井式进/出水口数值模拟策略研究

数值模拟在抽水蓄能电站进/出水口水力设计中的应用日趋广泛,但网格尺度的差异和不同湍流模型的选用均会对数值模拟结果产生影响。为准确、定量地评估二者的影响,本文以西龙池抽水蓄能电站竖井式进/出水口为例,针对3种网格尺度,采用4种常用湍流模型,在进流和出流工况下,对比分析了网格尺度对水头损失系数、流速不均匀系数等水力指标的影响。选用网格收敛指数定量评价各湍流模型在3种网格尺度的数值模拟误差,用以确定合理的网格尺度,在此基础上分析4种湍流模型的适用性。结果表明,在3种网格尺度下各湍流模型的计算结果均处于解析解的渐近域内,且当孔口网格由0.05D加密至0.03D时,数值模拟误差降低最明显。Realizable 模型对进流和出流工况的水力指标预测均较准确,与试验值的相对误差均达到5%。研究成果可为进一步提高进/出水口计算精度提供参考。     

侧式短进出水口水力试验及体型优化

本文结合大树子抽水蓄能水电站下库进出水口试验任务,对侧式短进出水口在不同工况下的流速分布、水头损失、库区流态等水流特性进行了水力模型试验研究。对原设计体型成功进行了优化,使各项水力参数达到比较理想的效果,解决了抽水蓄能电站侧式短进出水口在出流时流态分布不均匀与水头损失系数偏大的难题。     

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。     

抽水蓄能电站竖式进/出水口CFD水力优化

受转弯影响,抽水蓄能电站竖式进/出水口在抽水工况下往往会出现严重偏流,影响电站运行稳定性与安全性。本文采用最新的CFD方法对竖式进/出水口流态的影响因素进行模拟,分析了一系列体型与流态的规律性,提出了组合弯管结合长倒锥体的优化方案。该方案使出流的环向分布和垂向分布都比较均匀。结合具体工程,将原方案和优化方案进行对比,证明优化方案在抽水工况下的上水库孔口出流流态明显改善。     

马山抽水蓄能电站竖井式进/出水口轴对称流场数值模拟

竖井式抽水蓄能电站竖井式进／出口概化为轴对称模型,采用雷诺应力模型(RSM)和VOF法,对抽水工况出流工况下竖井扩散段,孔口及防涡梁下的水流流动特性进行了数值模拟。数值计算结果的合理性得到了模型试验结果的验证,表明轴对称模型接近三维模型的模拟精度,有助于设计阶段体型优化。最后对抽水工况和发电工况下的流场和能量场的特性了初步探讨。     

西龙池抽水蓄能电站竖井式进出水口水力学试验研究

西龙池抽水蓄能电站上库拟采用设盖板的竖井式进／出水口，这种型式在国内大型工程中应用较少。本文通过物理模型试验对这种竖井式进／出口的水力特性进行了探讨，包括发电和抽水两种工况下进／出水口流速分布、水头损失、漩涡等。     

进/出水口出流扩散脉动流速规律试验研究

侧式进出水口出流工况水流呈现扩散态,拦污栅断面脉动流速很大,可能危及拦污栅安全,其脉动流速变化规律及产生原因有待进一步探讨。本文建立了典型进出水口试验装置,利用激光多普勒流速仪与声学多普勒流速仪开展试验研究。结果表明：在靠近扩散水流末端的拦污栅断面脉动流速很大,流速脉动值可达时均值的1.8倍,平均紊动强度为0.724,该断面流速脉动呈现出明显的正态性,其概率密度分布基本服从正态分布;水流自输水隧洞段经扩散段、调整段、防涡段、向库区流动的过程中,紊动强度沿程呈现先增大后减小的变化规律,水流在输水隧洞段脉动流速小,在扩散段及调整段内脉动流速沿程均较大,脉动流速值接近时均值,甚至大于时均值,进一步解释了拦污栅断面脉动流速很大的原因。拦污栅断面及进出水口沿程的脉动流速规律有别于对脉动流速的一般认知规律。研究成果将为进出水口体型参数优化及分析引起拦污栅振动破坏提供理论依据。     

抽水蓄能电站进出水口水力学试验研究

本文对已有的部分抽水蓄能电站侧式进出水口的设计和试验研究资料进行了综合及分析研究,重点介绍了模型试验的研究方法、进出水口设计应注意的问题和一些试验研究成果,可供应用参考。     

抽水蓄能电站竖井式进出水口水力试验研究及数值模拟

竖井式进出水口在抽水蓄能电站上库的应用和研究情况在国内较少。本文结合某抽水蓄能电站上库模型试验任务,利用模型试验及数值计算方法,对某体型进出水口的发电和抽水各种工况下的进出水口流速分布、水头损失、旋涡等水流特征进行了分析研究。从堰型和防涡梁角度进行了体型优化,提出了阶梯防涡梁的优化体型。该研究内容,对于双向水流的流道研究,具有重要的参考价值。     

不对称地形下进/出水口明渠段环流特性研究

为研究不对称地形下明渠段内的环流特性,以一抽水蓄能电站上水库为研究对象,对引水明渠内部的流场进行了详细的数值模拟分析。研究发现,由于明渠前方及两侧的地形边界不对称这类不利地形条件,明渠内产生了较大范围的环流,不仅影响明渠内的水流流态,还降低了各进/出水口拦污栅断面水流的均匀性,属不利的水流现象。针对这一情况,提出通过加大明渠连接段长度并扩大明渠一侧开挖范围可以使环流位置远离进/出水口,在一定程度上改善明渠内的水流流态,降低拦污栅断面水流不均匀程度,减小环流的不利影响。本文研究成果可以增大抽水蓄能电站进/出水口选址的灵活性,避免大范围的开挖,为抽水蓄能电站明渠布置方案的设计提供有益的参考。     

TRIZ创新方法剖析抽水蓄能电站进/出水口设计

创新设计需要创新理论和方法为指导,TRIZ创新理论是可以借鉴的较为成熟的创新理论。以抽水蓄能电站进/出水口设计为例,分析设计对象的特征及其设计原则,以可行性研究报告和初步设计两个阶段的设计任务为内容,引入TRIZ原理,分别建立其系统分析模型。通过分析模型的结构组成特征、结构之间连接关系、结构受力作用、水流与结构之间作用关系和水流被结构约束控制关系等内容,采用TRIZ原理的功能分析、因果分析、组件裁剪、资源分析和尺寸-时间-成本创新思维方法等工具,解决工程设计过程中矛盾和问题,获得相应的设计方案。结合行业要求,分析设计方案,应用于实际工程,优化进/出水口结构。进而揭示抽水蓄能电站进/出水口设计要点,剖析工程设计过程,从而证明了TRIZ创新系统对工程设计环节的有效性和指导性。     

拦污栅结构对进出水口水力特性影响试验研究

对于进出水口水力特性研究,尤其是物理模型试验,由于拦污栅栅条细、间隔近,模型模拟困难,因此一般不模拟拦污栅结构本身。为探究双向流动条件下拦污栅结构对进出水口水力特性的影响,本文建立了大尺度进出水口试验装置,开展模拟拦污栅结构（有栅）和不模拟拦污栅结构（无栅）的进出水口水力特性试验研究。结果表明：拦污栅结构使断面时均流速分布均匀化,出流工况有栅的流速不均匀系数比无栅的改善了7.1%,进流工况有栅的流速不均匀系数与无栅的基本相同;拦污栅结构对水流的扰动使流速脉动剧烈,紊动强度增大,出流工况和进流工况有栅的平均紊动强度比无栅的分别增大了49.0%和38.5%;拦污栅结构对进出水口流量分配基本无影响;拦污栅结构使进出水口水头损失有所增大,出流工况和进流工况有栅的进出水口水头损失系数比无栅的分别增大了6.3%和7.2%。有栅和无栅的进出水口水力指标,除紊动强度差别较大外,其余差别不大,因此研究进出水口水力特性时不模拟拦污栅结构的结果基本能反映进出水口的水力学特性。研究成果可为进出水口及拦污栅设计提供参考。     

管壳式换热器壳侧流动与传热的实验研究

对不同壳程结构的管壳式热交换器壳侧流动的流型、流阻及其传热特性进行了系统的实验研究。实验表明 ,直挡流板的壳侧流道由于存在滞留区 ,流阻高且不利于换热 ,螺旋板的壳侧流道的Nu比直挡流板高 4 9.4 % ,而具有螺旋板和多孔介质组合的壳侧流道的对流换热系数比直挡流板高 79.5%。同时得到了最佳螺旋角为 4 0°,多孔介质的最佳孔隙率为 0 .985。图 9参 6     

抽水蓄能电站竖井式出水口三维数据模拟

盖板竖井式进 出水口是抽水蓄能电站采用的形式之一 ,出流工况的水力学问题是其难点问题。本文利用三维k ε紊流数学模型 ,针对西龙池抽水蓄能电站上水库盖板竖井式进 出水口 ,研究了抽水工况出流时竖井扩散段、孔口附近的流动特性 ,探讨孔口底板附近反向流速的成因。数值计算结果得到了物理模型试验结果的验证     

具有弯道的竖井式出水口水流均匀性研究

竖井式出水口水流受弯道段和竖直段影响,竖井周边各分流孔出流不易调整均匀,同时分流孔底板附近易出现反向流速。本文在数学模型得到试验验证的基础上,采用RNG k-ε紊流模型,对具有弯道的竖井式出水口流动特性进行三维数值模拟,分析了弯道段体型和竖直段长度对出流均匀性的影响。计算结果表明,渐缩弯道与等直径弯道比较,当竖直段长度均为2D(D为竖直段直径)时,渐缩弯道的竖井式出水口各分流孔出流较均匀;若采用等直径弯道,对应竖直段的长度增加6D~8D时,其出流均匀程度与渐缩弯道的相当。研究成果对抽水蓄能电站竖井式进/出水口的设计具有指导意义。