无压隧洞水力过渡过程数值模拟研究

水电站引水发电系统无压隧洞中的水力过渡过程是近年来电站设计中出现的一个新课题,特别是流域梯级电站开发中经常遇到.结合工程实例应用扩散法,给出了无压隧洞水力过渡过程数值模拟的基本方程以及上下游及弃水堰等边界附加方程,计算得出了无压隧洞内的水位变化过程.     

明渠—结合池—暗管输水系统水力瞬变过程计算

分析了用Priessmann方法计算明渠—结合池—暗管结构的过渡过程的特点，给出了用明渠特征线方法算有压流的基本方程和建模过程。详细地分析了明渠—结合池—暗管结构在过渡过程计算中的边界条件。在编制程序对某具体的工程进行计算之后，指出了Priessmann法应用于明渠—结合池—暗管结构水力瞬变计算所应注意的问题，并对这些问题提出了相应的处理方法。     

明渠-结合池-暗管输水系统水力瞬变过程计算

分析了用Priessmann方法计算明渠-结合池-暗管结构的过渡过程的特点，给出了用明渠特征线方法算有压流的基本方程和建模过程。详细地分析了明渠-结合池-暗管结构在过渡过程计算中的边界条件。在编制程序对某具体的工程进行计算之后，指出了Priessmann法应用于明渠-结合池-暗管结构水力瞬变计算所应注意的问题，并对这些问题提出了相应的处理方法。     

水力系统模型对水电站过渡过程影响研究

根据有压管道的非恒定流方程建立了压力管道出流和人流两个断面的流量-水头压力的传递函数矩阵，推出了有压引水系统的弹性水击方程和刚性水击方程，同时还导出了水轮机的线性模型和非线性模型。基于压力管道和水轮机的模型建立了水力系统模型，该模型可以用于研究水力系统之间水力量的关系及对电站过渡过程的影响。最后对水电站几种过渡过程进行了仿真，比较了水力系统模型对过渡过程的影响，并对结果进行了分析。     

有压管道充水过程数值模拟

基于明渠非恒定流的运动方程和连续方程,采用Preissmann四点隐式差分格式,结合虚拟流量法,对有压管道充水过渡过程进行了数值仿真模拟,该充水数学模型能模拟管道从无水变为无压流,再过渡到有压流的整个水流运动过程,其中包括漫流和明满过渡流。将该模型应用于南水北调天津干线有压输水系统充水仿真计算了充水过程中出现的水力过渡现象,最不利的情况出现在已经充满后的波动阶段,结果可为具体工程的充水操作预测水锤、规避风险和加强防护提供科学的依据。     

拦河闸下游两级消力池布置和计算研究

通常根据拦河闸泄洪水力条件、闸址地形和地质条件、两岸翼墙和堤围的安全、工程施工和投资等,拦河闸下游可选择设置一级或两级消力池。本文对拦河闸下游两级消力池的布置和水力计算方法进行了分析,提出了相应的布置和计算方法:1首先确定一级消力池水平段池底高程,计算消力池末端尾坎的合理高度和水平段池长,使一级消力池内形成稳定的水跃;2根据拦河闸闸址下游河道水位条件,在满足二级消力池出流与下游河道水流为缓流衔接的条件下,初拟二级消力池末端尾坎顶高程,计算出消力池池深和池长,使消力池出流平顺与下游河道水流衔接。本文成果得到了水力模型试验研究实例的验证,可供类似工程设计参考。     

引水发电系统无压隧洞中弃水堰位置的数值模拟研究

水电站引水发电系统无压隧洞中的水力过渡过程是近年来电站设计中出现的一个新课题,特别是流域梯级电站开发中经常遇到。结合工程实例应用扩散法,给出了无压隧洞水力过渡过程数值模拟的基本方程以及上下游及弃水堰等边界附加方程,模拟了弃水堰布置在不同位置下,无压隧洞内的水位变化过程。研究成果和讨论对实际工程应用具有参考意义。     

城门洞型输水隧洞明满流计算与试验

无压输水隧洞中受到闸门启闭而引起的明满交替流水力瞬变现象，通常会造成洞内的压力剧增，对工程安全运行造成威胁。为了探究城门洞型隧洞的明满交替流和明流过渡过程，实测了模型隧洞沿线断面水深或压力变化曲线，基于窄缝法原理，使用扩散法对实测工况进行数值模拟计算，将实测数据与计算结果进行了对比分析。研究表明：在下游初始水深逼近城门洞直墙高时，下游闸门突然关闭后，在大来流量下管路中出现压力瞬间陡增的完全明满流现象，水流向上游传播并伴随剧烈的掺气，在小来流量下表现为不掺气压力突升的临界明满交替流，回波造成二次压力剧增，断面压力达到峰值。窄缝扩散法对于从明流完全转化成满流的明满流过渡过程模拟效果较好，而对于临界明满流的模拟有较大的误差。无压流水力过渡过程数值模拟计算结果与实测值基本一致，反映了明渠水力过渡过程数学模型的合理性。研究成果可为深入研究这一复杂水力现象提供借鉴和参考。     

闽江下游河道洪水运动的数值模拟

闽江下游河道大部分是感湖河道,本文根据圣维南方程,应用 Preismann 隐式差分,以子结构方法建立了闽江下游河道洪水演算的不恒定流模型,应用实测资料进行了验证计算。最后对闽江下游河道洪水进行了数值模拟。     

无压流圆形断面水力计算的迭代法

无压流圆形断面水力计算中的正常水深、临界水深求解无显函数形式的表达公式,传统计算采用试算或查图进行。现通过均匀流公式和临界流方程导出了无压流圆形断面临界水深、正常水深水力计算的迭代公式,并给出了满足无压输水隧洞要求净空面积不小于全断面面积的15%,或净空高度不小于0.4m条件时的界限洞径与界限流量计算式,也给出了均匀流最大水深与最大流量的判别关系式,计算过程采用迭代法进行。经检验迭代公式具有较好的收敛性和较高精度。     

南水北调中线工程总干渠水力学 仿真模型研究

以节制闸为边界将南水北调中线总干渠分为若干子段,采用闸门过闸流量公式、能量方程、圣维南（Saint-Venant）方程组和低压管流方程分别计算闸门水位流量关系、明渠恒定流、明渠非恒定流和有压建筑物非恒定流,以此建立总干渠水力学计算模型。通过双重迭代方法对水流方程、过闸流量方程进行联合求解,以模拟总干渠运行调度动态过渡过程,以京石段2008年输水实测数据对水力学模型进行验证,结果表明模型具有良好的收敛性和较高的精度。     

浅析水力模型应用于城市排水和城市雨水径流科学管理

在传统的城市排水管网设计和管理中一般采用恒定均匀流进行水力计算,无法进行管道内有压流状态和无压流状态之间的计算衔接,而水力模型采用非恒定非均匀流能模拟计算管道内部的真实流态。将水力模型应用于北京市北土城沟流域雨水系统研究中,建立雨水系统(从降雨、径流、管网收集到河道排除)评价体系,模拟流域内积水的全过程,优化流域内河道闸门的调度方案,为今后建立城市防汛应急预警系统、城市雨水系统科学管理起到探索作用。     

水轮发电机组边界处理的一种简化模型

水电站水力过渡过程计算中常常出现缺乏机组资料的情况,以及水轮机特性曲线处理困难等问题。通过对水轮机过流特性的研究分析,采用阀门替代水轮机组的简化方法,推导出了分别适用于增、甩负荷两种情况的计算模型。实例验证分析表明,采用阀门模型替代水轮机组边界模型进行水力过渡过程计算,结果是准确可信的,能有效地满足工程设计的要求。     

复杂输水发电系统尾水隧洞明满流对水力过渡过程的影响

为研究输水发电系统中明满流尾水系统的水力特性及其适用性,基于特征线法和特征隐式格式法建立水电站输水发电系统过渡过程分析模型,比较分析了明满流与全有压流两类尾水系统的水力特性以及尾水系统明满流过渡过程对输水发电系统瞬态参数和机组调节品质的影响。结果表明:在尾水隧洞全有压和明满流条件下,机组调节保证计算参数的控制值偏差较小,明满流尾水系统对应的尾水管进口最小内水压力相对较大;考虑明满流尾水系统的机组调节品质优于有压流尾水系统,且无明显的高频振荡叠加现象。     

实用水力过渡过程介绍

《实用水力过渡过程》(APPlied Hydraulic Transients)是一本系统介绍水力过渡过程基本理论、数学模型,以及水电站、抽水站、核电站、输油管道工程中水力过渡过程的计算与控制的专门著作。本书反映了作者 M.H.Chaudhry博土长期理论研究与工程实践的结果,是一本用电子数字计算机分析水力过渡过程方面问题的理论性和实用性都很强的一本好书。 全书共分十二章。第一章介绍了恒定流和非恒定流。均匀流和非均匀流、瞬态流或瞬变流、稳定振荡流、液柱分离等专门术语。指出,诸如水击、油击、气击这类术语,都是指由于流量变化而引起的压力增减,应用水力瞬变这个术语描述这种现象更为广泛     

木兰溪下游防洪系统水动力学模型研究

以木兰溪下游木兰陂至三江口干流河道及北洋地区水系构成的河网为主要研究对象,构建了木兰溪下游防洪系统水动力学模型.在对河网水系及水工建筑物概化的基础上,着重对建模过程中边界及初始边界的处理、闸门及桥梁过流衔接模拟等关键问题进行了探讨.结果表明,各断面的计算水位和流量与实测值拟合较好,验证了所建模型的合理性.     

河道贴体平面正交曲线网格自动生成技术研究

河道流体数值计算中,为了克服天然河道边界复杂、长宽尺度相差悬殊等困难,基于有势流的等势线和流线的正交机理,利用POSSION方程转换,自动生成了贴合河道边界的正交曲线网格,从而使复杂的河道计算域转变成规则的矩形域,为河流数学模型的数值离散及求解提供了极大的方便。     

水电站引水系统不同水力波动的耦合分析

以明渠、压力管道和调压室的非恒定流方程为基本方程,以恒定流计算结果为初始条件,结合渠首边界、渠管结合处边界、调压室边界和阀门边界处的连续方程和能量方程,利用特征线法建立了水锤波、调压室波、明渠波等3种水力波动的数值计算模型,并编制了相应的计算程序 。通过典型算例计算,分析了3种波的波动规律及其之间的耦合效应,计算结果符合一般规律,从而验证了所建模型及程序的正确性。     

用Lattice Boltzmann方法模拟二维水力过渡过程

本文旨在探索用Lattice Boltzmann方法模拟二维水力过渡过程的可行性。应用Chapman Enskog展开技术，导出了一套多尺度方程，将LB方程和其所对应的宏观方程联系起来；根据水力过渡过程基本方程的特点，建立了计算二维水力过渡过程的一个LB模型；应用该模型对一维正弦波的传播、一维断波的传播与反射、二维拐角衍射波等典型算例，以及近似为二维问题的混凝土蜗壳在机组甩负荷和起动工况下的水力过渡过程进行了模拟分析。研究表明用LB方法模拟多维水力过渡过程是可行的，值得进一步探讨。     

四川呷榴三级电站底格栏栅坝水力计算

底格栏栅坝取水枢纽具有结构简单、施工及运用方便、节约投资、不改变河道形式并能有效排除大粒径推移质等优点。根据四川呷榴河三级电站底格栏栅坝取水枢纽的设计研究,总结了底格栏栅坝满足引水排沙并兼顾生态环境功能的水力设计过程,对底格栏栅进流的水力计算、取水廊道无压流的水力计算及底格栏栅坝的泄流计算进行了详细论述。对于改进和完善底格栏栅坝取水枢纽设计建设具有参考意义。