调压室对尾水隧洞明满流水力过渡过程影响研究

水电站水力过渡过程计算中,明满流现象一直是仿真模拟的难点。针对某大型水电站发生过渡过程时尾水隧洞中出现的明满流现象,采用数值模拟方法,研究了设置尾水调压室后,尾水隧洞明满流过程对机组尾水管进口最小压力及机组一次调频性能的影响。结果表明,尾水调压室可在一定程度上削减明满流对机组运行的干扰,同时尾水洞中的明满流又可减少调压室水位波动幅值,二者的合理搭配改善了尾水系统过渡过程品质,可为发生眀满流现象的水电站尾水系统设计提供借鉴。     

两机一洞尾水调压室阻抗损失系数模型试验研究

水电站引水发电系统中调压室的阻抗损失系数是影响机组过渡过程计算结果的重要因素,目前阻抗损失系数一般在行业规范推荐的范围内进行取值,往往与试验值有所偏差,不利于调压室体型的优化设计。通过采用大比尺的调压室水工模型,对两机一洞型式的水电站阻抗式尾水调压室进行大流量条件下的水力学试验,研究不同水流流态和分流比对调压室阻抗损失系数的影响,分析控制工况下调压室的流入和流出阻抗损失系数,给出了调压室阻抗损失系数与分流比的拟合公式和关系曲线。研究结果填补了两机一洞型式的水电站尾水调压室阻抗损失系数试验的空白,可为此类调压室的水力计算分析提供依据。     

尾水主洞长度对抽水蓄能电站尾水管进口最小压力的影响

针对采用"一洞两机"布置形式的无尾水调压室抽水蓄能电站,基于瞬变流理论与特征线法,对实际工程进行数值模拟,分析了不同尾水主洞长度对相继甩负荷工况下尾水管进口最小压力影响的内在机理。结果表明,尾水主洞的增长对尾水管进口最小压力不利,但随着尾水主洞长度的增长,尾水管进口最小压力先减小后增大再减小;随着尾水主洞长度的增长,先甩负荷机组和后甩负荷机组均有可能是引水发电系统出现尾水管进口最小压力的不利机组,整体来看,先甩负荷机组尾水管进口最小压力先减小后增大,后甩负荷机组尾水管进口最小压力先增大后减小。     

基于微可压缩流体的水力过渡过程研究

基于微可压缩流体理论建立了水力过渡过程的控制方程组,获得了水电站引水系统水力过渡过程计算的一维和二维模型,并应用于计算和模拟水电站引水系统过渡过程、调压室水位波动、流速场与压力场变化过程。结果表明,计算与试验结果基本吻合,误差小于3%,为调压室的结构设计提供了依据。     

相继甩负荷间隔时间与尾水管进口压力最小值的内在联系研究

为探求相继甩负荷间隔时间与尾水管进口压力最小值之间的内在联系,针对双机一洞布置型式的抽水蓄能电站,基于瞬变流理论和特征线法对相继甩负荷工况水力过渡过程开展数值模拟,分析了相继甩负荷工况下机组流量变化率和运行轨迹与尾水管进口压力最小值之间的联系。结果表明,存在某一最不利相继甩间隔时间使得两台机组第一波流量变化率的时域不同步程度达到最大,则对应的尾水管进口压力达到最小,且此时先甩和后甩机组运行轨迹点分别在特性曲线反S区上弯点和下弯点。研究结果可为抽水蓄能电站尾水管进口压力极值计算提供参考。     

不同类型调压室非恒定流联合分析的比较

对常用二种类型调压室引水系统的非恒定流进行计算，同时得出了每种类型指定断面的压力；水轮发电机组的转速变化；调压室水位波动过程，最后进行了定性分析比较。     

引水式水电站变顶高尾水洞水力特性和体型优化

考虑引水式水电站常用的有压尾水洞和变顶高尾水洞两类布置型式,采用基于特征线法的有压管道瞬变流分析模型和适用于明满流过渡过程分析的改进狭缝法模型,分别分析系统的过渡过程特性和尾水洞体型参数的敏感性,研究不同的尾水洞型式下尾水系统的水力特性,进一步揭示了变顶高尾水洞的底宽、洞高和顶坡对尾水管进口最小内水压力的影响规律。结果表明,与增大面积的有压尾水洞比较,变顶高尾水洞是一种可行的布置型式,可有效提高尾水管进口的最小内水压力且水锤过程衰减较快;合理增大变顶高尾水洞底宽、洞高或顶坡均可不同程度地改善尾水管进口最小内水压力,其中顶坡的影响相对明显,为体型优化设计提供了参考依据。     

小波动状况下简单式调压室水位波动分析

计算电站微小负荷变化导致水位小幅波动时,由于调压室水位波动情况复杂,需编制相应体型非恒定流计算程序来解决。根据简单式调压室基本方程推导出了解析法,应用泰勒展开式将引水道和调压室的动量方程的摩阻损失线性简化,通过求解常微分方程即可得出流量瞬时改变或流量随时间改变时调压室中的水位波动方程,进而可分析水位波动振幅的衰减并验证了调压室的稳定性。     

简单式尾水调压室位置对尾水管最小压力值的影响

探讨了简单式尾水调压室位置对尾水管最小压力值的影响。通过数值计算和工程实例,证明简单式尾水调压室越过某一临界位置向厂房方向移动,对尾水管最小压力值不利;增大调压室面积会明显改变尾水管最小压力值。     

长廊阻抗式调压室立轴漩涡的三维流场分析

在多个长廊阻抗式尾水调压室水力学模型试验中均出现贯穿性立轴漩涡,运用三维计算流体力学方法建立了气液两相流VOF模型,分析立轴漩涡产生的原因.计算结果表明,阻抗孔口面积、调压室体型、尾水洞长度等对立轴漩涡均有明显的影响.     

含引水和尾水明渠输水的水电站过渡过程分析

鉴于无压明渠的水力特性直接影响含明渠引水式水电站的过渡过程和运行控制,结合有压输水系统的特征线法,采用明渠瞬变流分析的特征隐式格式和相应的边界条件,构建含非自动调节引水明渠、压力前池、尾水池和尾水明渠的引水式水电站的过渡过程分析模型,研究了明渠流水力特性对水电站过渡过程和稳定性的影响。结果表明,在大波动过渡过程中,明渠流水力特性对机组蜗壳进口内水压力和转速极值的影响很小,而尾水渠水力特性及尾水池最低涌波水位决定了尾水管进口的最小内水压力;考虑明渠瞬变流特性的影响,水力干扰下受扰机组的调节品质变化较为明显,而水力-机械系统小波动调节品质变化较小。     

灯泡贯流式水轮机在小流量工况下的内流特性分析

为了研究灯泡贯流式水轮机在小流量工况下的内流特性,以某水电站贯流式水轮机为研究对象,利用RNG k-ε湍流模型对全流道进行数值计算,分析在小流量工况下尾水管恢复系数和全流道流动情况,并定量分析水轮机部分过流部件的压力脉动情况。结果表明：在小流量工况下当电站水头和导叶开度不匹配时,尾水管的恢复系数减小,当尾水管恢复系数减小2%~3%时,机组效率降低1%;受转轮主流区和尾水管死水区的相互作用,在尾水管边壁会形成漩涡结构,有明显的回流且在边壁存在高速流体;在小流量工况下,机组主要受低频压力脉动影响,转轮进口处的主频是由在转轮转动和导叶提供机组环量时产生的,在尾水管中主要受频率为0.2 Hz的低频压力脉动影响,压力脉动系数沿尾水管出口方向依次增大,最大为1.75%。     

Effects of tangential velocity distribution on flow stability in a draft tube

Numerical simulations of the flow in the draft tube of a Francis turbine are carried out in order to elucidate the effects of tangential velocity on flow stability.Influence of the location of the maximum tangential velocity is explored considering the equality of the total energy at the inlet of the draft tube.It is found that the amplitude of the pressure fluctuation decreases when the location of the maximum of the tangential velocity moves from the centre to the wall on the cross section.Thus,the stability of the flow in the draft tube increases with the moving of the location of the maximum tangential velocity.However,the relative hydraulic loss increases and the recovery coefficient of the draft tube decreases slightly.     

碧口电站压力引水系统非恒定流的分析与计算

本文对碧口水电站压力引水系统的非恒定流情况进行了分析计算,同时得出了引水系统指定断面的压力变化过程;水轮发电机组的转速变化过程;调压井的水位波动过程及相应的最大最小值.在整个计算过程中假设较少,并由计算结果与实测结果对比可知,引水系统整个边界条件的处理较合理,尤其是水轮机边界,考虑了混流式水轮机的特性及实际关闭规律,这样所得的计算结果就更符合实际情况.     

一洞三机式抽水蓄能机组发电工况甩负荷试验分析

为验证某一洞三机式抽水蓄能机组选型设计的安全性及调节保证计算的可靠性,分别进行一洞一机/两机/三机发电工况甩负荷试验。详细介绍了甩负荷试验注意事项、试验方法及测点布置,对甩负荷过程中的转速、水流压力及机组稳定性等试验数据进行分析,发现各种甩负荷工况下的最大转速、蜗壳最大水压及尾水进口真空度等关键指标均满足设计要求,转速上升率、蜗壳进口/末端压力上升率及机组振动摆度等指标均随甩负荷的工况负荷或机组台数的增加而变大。对比过渡过程中关键技术参数的现场实测数据与仿真计算结果可知,两者吻合度较高。研究成果为后续抽水蓄能电站水工布置、机组选型及其过渡过程优化设计提供了参考。     

Sensitivity analysis of transient flow of two parallel pump-turbines operating at runaway

Transient flow analysis in hydroelectric power plants is one of the most important issues for the prevention of undesirable pressure fluctuations in waterways. In this paper sensitivity analysis of hydraulic transient for two parallel pump-turbine units operating at runaway (unstable S-shaped zone of pump-turbine hill-chart) have been numerically investigated. The characteristics of Siah Bishe power plant located at the north of Iran, has been considered. Firstly, simultaneous operation of two units at runaway is simulated. For this purpose, the governing equations of transient flow are solved along the waterways using the method of characteristics and modified Suter transformations. Then, the sensitivity of pressure rise at the spiral case, water level oscillating at surge tank, rotational speed and flow rate and torque oscillation at unstable zone of hill-chart to moment of inertia, head loss coefficient of connection tunnel of surge tank, connection tunnel diameter and acoustic wave velocity has been performed. The results show that the moment of inertia has considerable effect on the maximum torque at unstable condition of runaway. Also, more moment of inertia can well postpone the peak of pressure and rotational speed. The maximum water level of surge tank and the maximum torque at unstable condition of runaway are strongly affected by head loss coefficient of connection tunnel of surge tank and connection tunnel diameter. By using different values for acoustic wave velocity, output conditions don't show any clear trend.