低水头水电厂进水口水流条件优化水工模型试验研究

通过水工模型试验,以东坪水电站为例,探究消除发电机组进水口立轴旋涡,削弱横向流及斜向流,平顺进流,增加发电效益的工程措施。模型比尺为1∶45,制定16种试验方案,采用定性法分析电厂进水口水流流态,采用定量法分析站前、导墙、拦沙坎所选位置的水位及流速数据。结果表明,该电站厂房严重偏离主河道是水流流态恶化的主要原因,可以通过缩短导墙长度、降低高度,降低拦沙坎高度,流线化处理闸墩牛腿边界轮廓等方式,改善进水口水流流态。综合工程实况得出,将导墙高程89.0 m以上长度缩减至0 m,同时降低导墙及拦砂坎至同一高度(2.0 m),并对3~#、4~#机组中间闸墩牛腿边界轮廓进行流线化处理为最优方案,优化后水头损失较大的3~#、4~#机组发电效益分别增加2.2%和3.8%。研究结果对于类似低水头电站导墙的布置具有一定的借鉴意义。     

东坪水电站河床式厂房进水口流态改善方案研究与实效

针对东坪水电站厂房进水口存在的严重水流紊乱、吸入式漩涡等影响机组运行出力和安全的问题,采用三维数值模拟、水工模型试验等手段进行多方案对比研究,选择了缩短导墙长度、降低拦沙坎高度等方案,并实施水下切割。项目实施后厂房进水口流态得到明显改善,机组稳定性、效率得到明显提升,达到了预期效果。对类似电站导墙等建筑物的布置具有良好的借鉴作用,实施方式具有较强的现实意义。     

泵站电站进水口分层布置下泵站开启对电站运行影响研究

泵站、电站进水口分层布置,可充分利用河谷宽度,减少工程开挖量。但在此布置下,泵站开启过程对电站进水口可能形成不利的水流流态,影响电站的正常运行。针对以上问题,结合动网格技术,采用k-ε紊流模型对某枢纽泵、电站分层布置进水口水力特性进行了三维数值模拟,通过分析电站进水口附近水体的压力变化,解析泵站开启对电站正常运行的影响。结果表明泵站开启过程对电站正常运行有一定的影响。     

近闸布置斜向进流泵站进水流态及改善措施试验研究

靠近已建水闸新建的排涝泵站工程布置一般均偏置与河道主流一侧,受场地限制引渠长度及转弯半径往往无法满足规范要求,造成泵站进流不均,影响泵站正常运行。通过宁波市印洪碶泵站模型试验,分析"斜向进水"泵站进水建筑物进水流态及其改善措施。实验研究表明:其不良流态表现为新开河段凹岸侧回流和右侧翼墙后的绕流;独立进水池的隔墩约束导顺作用可有效改善泵站进水横向流速分布不均问题;采用减小引渠扩散角、采用直立岸墙断面代替直立+斜坡断面与前池平顺连接可有效消除前池入口左侧回流区。     

乐昌峡水电站进水口水力模型试验研究

乐昌峡水利枢纽工程电站进水口为侧式进水口。在水力模型试验的基础上,对电站进水口两种布置方案的运行流态、防涡工程措施、水头损失影响因素和变化规律等进行研究和分析,提出了相应的改善工程措施,从而优化了电站进水口体型,满足了工程设计的要求。     

沉螺池的拦螺墙布置试验研究

 沉螺池是水利血防的一项重要工程措施，它是沉集和拦截水流中钉螺的建筑物，沉螺池内设置拦螺墙是近几年才实施的措施，作用在于提高拦螺效果。该措施实践时间不长，同时拦螺墙占了部分过水面积，水流通过此断面后流速较大，流态较复杂。为观察沉螺池中设置拦螺墙的阻螺效果及其对水流结构的影响并对其设计提出优化，进行了大量水槽试验。每次试验在不同的条件下进行，研究拦螺墙相对开度和断面平均流速等因素对沉螺池拦螺效果的影响，并分别试验了设置1道拦螺墙和2道拦螺墙的效果。试验表明：拦螺墙可以有效拦阻水面漂浮物，但是水流通过拦螺墙后流态会发生显著变化，在拦螺墙下游形成一定长度的回流区，长度与拦螺墙相对开度、水流流速等因素有关。挟带钉螺的水流通过拦螺墙后进入回流区，流态紊乱，流速增大，对钉螺的沉落造成困难。建议仅设置一道拦螺墙，并且应该设置在沉螺池上游尽量靠近进水口的地方。     

弧形短导墙对船闸引航道水流结构影响的研究

船闸常与其它过流建筑物结合布置,过流建筑物运行时常对船舶安全通航造成影响。船闸引航道表层横向流速是判断船闸引航道通航条件的重要指标之一,其它过流建筑物下泄流量的大小与枢纽布置直接影响表层横向流速的变化。该文通过数值模拟计算的方法,研究了七浦塘江边枢纽工程在原导墙形式下各种工况下水流流场结构,比较了增加直长导墙和弧形短导墙两种不同的优化方式对表层横向流速的影响。研究结果表明:在泄流区和引航道之间增加导墙长度有利于减小表层最大流速;弧形短导墙方案在满足同样横向流速限值情况下,可显著减少导墙长度,节约投资。     

抽水蓄能电站侧式进/出水口拦污栅断面的流速分布研究

本文以某抽水蓄能电站上水库进/出水口为例,通过水工模型试验,研究了侧式进/出水口拦污栅断面的流速分布规律,着重分析了扩散段隔墩布置型式与过渡段体型对拦污栅断面流速分布的影响。研究结果表明:上弯段后过渡段长度不足与圆变方段起始断面处采用变坡布置是导致拦污栅断面流速分布欠佳的主要原因,而三个分流隔墩的墩头位置在扩散段起始断面处齐平、对水流流态的影响也是导致拦污栅断面流速分布出现异常的原因之一。在上述研究成果的基础上,提出了改善拦污栅断面流速分布并有效消除负流速的工程措施。     

闸站合建枢纽导流墙体型及适宜长度

基于平面对称的闸站合建枢纽水力学模型试验,对导流墙附近水流流态、流速分布、特征断面流速不均匀系数、导流墙两侧水位差以及护坦压强脉动等水力参数的观察,对闸站结合部导流墙的体型及适宜长度进行了深入的探讨,认为导流墙墙顶应高出水面,并提出了导流墙合适长度的范围。     

马来西亚巴贡水电站进水口模型试验

为了满足下游河道的生态需求，在电站进水塔前缘设置斜置的导水叠梁，通过调节导水叠梁的设置高度，使机组引用水尽量取自水库表层，保证引用水有足够的温度及含氧量。介绍了巴贡(BAKUN)进水口水力学模型及试验情况，分析了进水口前池的水流流速分布、水流流态，确定了导水叠梁的设置高度，并结合试验对不同工程设置导水叠梁的必要性进行了分析。     

侧向进水泵站流态模拟及改善研究

为解决侧向进水泵站前池和进水池内部大范围漩涡问题,以某一具体泵站为工程基础,基于三维不可压缩流体的雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用ANSYS CFX软件对前池和进水池进行数值计算,采用定性方法分析了前池和进水池所选横断面流态,采用定量方法分析了进水池内部所选纵断面特征线上轴向速度均匀度。通过数值计算流线图发现:对于原始方案,水流以斜交形式进入进水池,侧向进水泵站2#至5#进水池右侧边壁处存在大范围回流区域;为改善原侧向泵站进水结构的不良流态,通过多方案整流措施的数值计算,相比于原方案,采用导流墙和立柱相结合的整流措施,前池及进水池内大范围回流区域消失,整流后进水池纵断面特征线上的轴向速度均匀度总平均提高18.15%,最大提高至27.82%。研究成果为改善侧向进水泵站流态提供了参考。     

大石峡水电站进水口叠梁门分层取水试验研究

为分析电站进水口采用叠梁门型式分层取水方案的可行性,本文通过1：21.05的水工模型对大石峡水电站叠梁门分层取水进水口水力特性进行了系统研究。主要研究内容包括对不同叠梁门高度取水时,进水口的水流流态、叠梁门体的压力分布、叠梁门顶及竖向流道的流速分布、进水口段总的水头损失系数等。试验结果表明：电站进水口设置叠粱门后,叠梁门顶水头大于18.0 m时不产生有害吸气旋涡,门体压力分布接近静水压力分布;进水口段的水头损失在1.17~1.30 m之间;靠近叠梁门门顶部位的水流流速较大,表层水流流速较小;叠梁门后不同高程竖向流道的水流流速接近于梯形分布,主流偏于进水塔靠下游挡墙侧。在进水口设置叠梁门进行分层取水方案是可行的。     

水泵站进水池物理模型试验研究

为评估某海水取水泵站的布置设计,对其进行物理模型试验研究.在建模时,需要合理选择模型比尺,使模型与原型符合动力相似,几何相似和运动相似,并正确重现泵吸进口的涡流作用.为了促进系统良好的运行,采取措施对以下几个方面进行测量:设施内的水位,来自每个泵位置的流量,来流类型与水流分布,泵吸处的流速情况,泵室内部的涡流作用.次测试来流分布较差,出现了预旋和旋涡.通过对旋涡出现的原因进行分析,采取了不同的改良措施,有效消除了这些不良现象,保证了泵站取水安全.     

双向进水流道水力特性模型试验研究

分析模型的相似准则及其主要作用力 ,考虑工况相似要求 ,提出泵站进出水池和流道内分别按不同的相似准则进行设计的方法 .结合彭越浦泵站水工模型试验 ,对双向流道进口前漩涡及流道内的涡带、喇叭口附近流速分布、水泵起动及稳定运行过程中流道内的脉动压力和进出水流道的水头损失等水力特性进行全面的观测和分析 ,提出在流道内设置垂直隔板及导流锥加隔板两种消涡的工程措施 .     

基于CFD的水电站压力前池流 态特性研究

以某水电站压力前池为研究对象,采用RNG K - s瑞流模型和运用CFD ( computational fluid dynamics)方法对压力前池的流态特性进行三维数值研究。通过对水电站全甩负荷、一台机组增负荷、两台机组依次增负荷三种典型工况下压力前池流态特性的数值分析,揭示了压力前池流态分布和水位变化特性。结果表明:在全甩负荷和增负荷工况下,压力前池内虽出现回流漩涡但进水口水流流态较好、水位波动稳定,从而为压力前池水力优化设计提供了依据。     

U型堰进水口防涡墩试验研究

进水口漩涡是一种常见的水力学问题。以辽宁省清河分水口工程为研究背景,采用物理模型试验的方法,在大比尺为1/10的模型条件下对分流堰部位的进水口漩涡进行了重点试验研究。通过对原设计方案的相对临界淹没水深、速度与环量、进水口边界条件3个漩涡成因进行分析,从边界条件的角度出发提出了修改方案下边墙段的截弯取直、U型堰与防涡墩相结合的消涡方法。试验结果证明,修改方案不仅避免了进水口初始环量的产生,改善了整个分水口的水流流态,同时还优化了进口边界条件,显著地达到了消除进水口漩涡的目的。     

波浪对蘑菇头式取水口吸气漩涡流态影响的试验研究

滨海蘑菇头式取水口进口流态受波浪影响明显,但波浪作用下的取水口吸气漩涡规律尚缺乏系统研究,如何防止进水口前产生有害吸气漩涡是进水口设计中急需解决的问题。以某滨海电厂取水口为例,采用物理模型试验方法,研究了波浪作用下的取水蘑菇头进水流态和吸气漩涡特征,分析了波浪影响下取水口防进气所需的最小淹没深度。试验结果表明,波浪会抑制取水口周缘形成稳定的吸气漩涡。取水蘑菇头在淹没深度不足时会随着波浪周期产生间歇式吸气,但进气量要比持续波谷水位时小。在预防有害吸气漩涡方面,波浪的存在可降低临界淹没深度值,设计实践中可对淹没深度规范公式(Gordon公式)加以修正使用,而修正系数的取值应根据波浪要素和取水口结构形式确定。研究结果可为类似工程设计提供参考。     

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。     

倒虹吸工程水力学模型试验

为研究大型倒虹吸水力特性,通过新疆北部某倒虹吸工程1∶16的水工模型试验,对不同运行工况下倒虹吸过流能力、水流流态及压力分布等问题进行研究。试验结果表明,水头损失实测值与设计计算值较接近,满足设计要求;在设计流量下管道最大压力位于倒虹吸管最低段末端且小于设计值;但充水过程中,流量由13m3/s增至15m3/s时,发现上游进水口有间歇性立轴漩涡形成。为了保证工程的正常运行,建议对上游沉沙池与消力池之间渠道进行优化。