QMS水电站前池二维沉降与渗流复核计算分析

QMS水电站工程为引水式电站,具有水头低,流量大的特点,为形成有效的发电水头,在引水渠道末端设置压力前池,压力前池基础为砂砾石换填基础,前池在运行时出现渗水情况,前池基础一旦出现渗流破坏,将造成严重的后果,本文根据压力前池实际建设情况,采用有限元计算方法,对压力前池稳定及渗流进行了计算分析,评价结果认为,建筑物产生破坏...     

城市输水泵站前池流态及整流措施

鉴于城市输水泵站受用地限制,一般布局较为局促,前池内易产生回流、漩涡等不良流态的现状,为改善前池流态,结合某底部涵管进水形式的城市输水泵站,采用雷诺时均方程结合RNG k-ε湍流模型,对泵站前池流态进行了数值模拟,研究适用此类城市输水泵站的整流措施。数值模拟计算结果表明,泵站前池两侧存在大尺度回流,进水池进流流量分配不均,水泵进水条件较为恶劣;采用八字形导流墩和底坎的组合式整流措施,能有效地将密集居中的主流分散,消除前池两侧的大尺度脱壁回流,均化进水池进流,使泵进水状况变好,提高泵站运行的可靠性。     

三维数值模拟在泵站侧向进水前池的应用

泵站布置形式因进水方式不同通常分为正向和侧向两种进水方式,侧向进水时前池来流方向和前池中的主流方向存在夹角,此时由于弯道水流的运动特性,侧向进水前池容易产生主流脱壁、回流和漩涡等不良流态,难以形成良好的水泵进水条件,影响机组的安全运行。针对古德洛尔电厂一期侧向进水泵站前池,采用RNGκ-ε双方程紊流模型封闭雷诺平均的N-S方程,利用SIMPLEC算法对泵站前池及部分引水明渠水流流场进行三维数值模拟,对比分析设计方案修改前后前池水流的流速、涡量、水面线等水力参量分布特性,并以典型断面流速分布均匀度为目标函数分析整流措施前后前池内流速分布均匀度变化,验证了增加合理的整流措施可以有效改善前池流态。     

格栅排冰堰的设计

为解决高寒地区引水式小水电站冬季运行中的冰冻危害,一般是对引水渠末端的压力前池采用“正向排冰,侧向进水”的布置方式。但据实践来看,这种方式的压力前池必须要有足够的排冰流量,才能保证电站冬季的正常运行。故在哈桑河一级电站设置有格栅排冰堰的压力前池,经五年运行是可行的。     

深层隧道进流式泵站前池流态及整流措施研究

为改善深层隧道进流式泵站前池内的旋流、偏流等不良流态,基于RNG k-ε 湍流模型对前池流态进行数值模拟,研究适用于此类城市排涝泵站的整流措施。数值计算结果表明:泵站前池、进水池内存在局部立面旋滚、螺旋流、斜向流、流速分布上高下低等不良水力现象,致使泵站进水流道水力条件不佳;采用双层环形板和两组导流墩的组合式整流措施可抑制前池、进水池中的立面旋滚、螺旋流和斜向流流态,从而有效改善流道的进水条件,提高进水流道进口处流速分布均匀度,使泵进水状况变好,提高泵站运行的可靠性。     

城市排水泵站进水前池水力特性数值模拟研究

前池是泵站的重要组成部分,是引渠和进水池的衔接段。城市排水泵站由于受条件限制,其前池的扩散角度、长度一般不能满足设计规范要求,易在前池里形成不良水力现象,影响水泵的工作性能。为改善进水前池流态,结合上海某排水泵站,采用雷诺时均N-S方程结合标准k-ε湍流模型,用有限体积法进行离散,压力速度耦合采用适合于稳态问题的SIMPLE算法,对泵站进水前池水力特性进行数值模拟研究。针对该泵站前池的布置特点,提出布设梯形底坎和增设导流扩散墩两种改善前池流态的工程措施,并分别进行数值计算,对比分析整流效果,给出推荐方案。     

阿都水电站地下压力前池设计

在引水式电站中,通常需要在引水渠(或无压洞)的末端设置压力前池,起到降低流速、拦阻杂物、短时间调节水量、减少水位波动、平稳水头的作用.因此,水电站压力前池为了满足电站负荷变化,调节流量需要有一定的容积,同时还要满足发电和检修要求.这就需在前池末端布置前室、进水室、溢流堰、冲砂孔等建筑.一般情况压力前池应尽可能布置在地面开阔地段.但是,云南阿都电站由于受到地形条件的限制,只能将压力前池布置于地下,各建筑物的设计与地面压力前池有所不同,必须结合地形和地质条件布置设计这些建筑物.     

大型泵站进水前池复杂流态下机组启动组合优化

为解决杭州三堡泵站同时受正向和侧向进水水流影响的问题,建立进水建筑物二维数值模型,通过数值模拟计算不同机组启动组合和泵站前池的流场,以此评价前池水流的均匀性,分析涡流、脱壁等不利水流状态。通过提出泵站运行时不同台数机组的最优组合,以提高前池运行的平稳性、泵站机组设备的安全性。计算结果表明,采用二维数值模拟进行分析的研究方法可行,对大型泵站前池复杂流态下机组启动组合优化有一定参考价值。     

清山河水电站洞内式前池基于Saint-Venant方程的涌波模拟

鉴于部分山区水电站附近山体陡峭,在隧洞出口山坡上难以布置压力前池,本文以清山河水电站洞内式前池为工程实例,基于Saint-Venant方程进行涌波模拟分析,论证在隧洞出口设置洞内式前池的可行性.通过模拟分析表明,清山河水电站洞内式前池正涌波传播过程中,隧洞、前池的水面线未超出设计流量全部从溢流堰溢出时的恒定流水面线,负涌波传播过程中隧洞、前池的水面线降幅较小,压力管道淹没水深富余,设置洞内式前池安全可行.     

Rampura雨水泵站进水前池水流特性数值模拟研究

针对Rampura雨水泵站进水前池内复杂的紊流运动特性,采用标准k-ε双方程和雷诺时均(N-S)方程,建立了适用于泵站前池的湍流模型。给定边界条件,通过Fluent,对前池的水力特性进行数值模拟。计算模拟结果与水力模型试验吻合,前池运行时流态满足要求,无有害漩涡存在,为泵站的安全运行提供科学依据,同时也为类似雨水泵站的设计和运行提供一定的参考。     

小石峡水电站溢洪道消力池结构优化的三维数值模拟

以新疆小石峡水电站为例,采用FLUENT软件、RNGk-ε紊流模型及VOF方法相结合处理了自由水面,并对溢洪道的流场进行了三维数值模拟,得到了优化溢洪道在设计流量1 856.2 m3/s时的泄流流态,并将消力池段自由水面线、底板压强、断面流速与模型试验结果进行了比较,结果表明数值模拟结果与模型试验结果吻合较好。     

明流泄洪洞水力特性的二维数值模拟与试验研究

为了使明流泄洪洞满足设计泄流量和校核泄流量要求,对其结构进行了优化设计,并根据垣曲县境内板涧河河口右岸的小浪底引黄工程泄洪洞实际工程,建立了明流泄洪洞泄流数学模型。计算中引入FLUENT软件中的VOF(Volume of Fluid)模型和Mixture模型进行数值计算,得到了设计和校核水位条件下泄洪洞泄流能力、水深沿程分布、水流空化数以及断面流速和压强及挑距,并将部分计算结果与模型试验结果进行比较分析,结果表明两者吻合较好。因此采用FLUENT软件研究明流龙抬头泄洪洞的水力特性是可行的,为该项软件应用于实际工程提供了理论依据。     

后置灯泡贯流泵装置“马鞍”区数值模拟

"马鞍"区是指轴流泵装置在扬程-流量曲线上小流量工况时的扬程随着流量的减小而出现先减后增的一段区域,在该区域内,泵装置运行状况极不稳定。以南水北调东线淮安三站的后置灯泡贯流泵装置为研究对象,采用ANSYS-CFX数值模拟与模型试验相结合的研究方法,计算并分析了"马鞍"区的流动特性,并将其与设计工况时流动特性进行了对比。结果表明:泵装置运行在"马鞍"区时,进水流道出水断面轴向速度的分布均匀度与速度加权平均角,前、后导叶体段的水头损失,过流部件内部流速场与压力场的分布等指标,均达不到设计要求;在"马鞍"区工况内,大流量时的水力性能要优于小流量时的水力性能。     

等宽明渠交汇口流速分布特性数值模拟

明渠水流的交汇现象在涉水工程中十分常见,其中交汇口流速的分布特性复杂,对渠道的设计与维护有着直接的影响。针对明渠交汇流的流速分布特性,基于雷诺方程模型（RSM）与体积函数法（VOF）建立等宽明渠交汇流三维数值模型,结合物理试验数据进行模型验证,对不同交汇角与流量比组合工况进行模拟研究,对交汇口水流流速的分布特性进行分析。计算结果表明,交汇口流速存在分区特征,交汇口内流线弯曲流速偏转,下游会出现回流结构与断面环流现象。当交汇角增大时,水流的偏转幅度更大,回流结构与环流现象增强,分区特征更明显,渠道边壁受到的水体冲击更大;当流量比增大时,主渠水体受到的挤压效应减弱,流速分区特征受到抑制,水流交汇更平顺,边壁受到的冲刷更少。     

双孔护镜门闸顶泄流水动力特性与流态特征的三维数值模拟研究

江苏南京三汊河河口闸工程采用双孔护镜闸门,为了准确揭示其典型挡水工况下(大闸门关闭,闸顶溢流)闸后水流的水动力特性与流态特征,本文建立了基于时均雷诺方程和RNG k-ε紊流模型方程的封闭模型方程组,对河口闸典型挡水工况的泄流流态进行了三维数值仿真研究。采用非结构化四面体网格和分体网格技术对复杂边界条件下的数值模拟进行优化。计算结果与物理模型试验结果吻合良好,揭示了典型挡水工况下水闸下游水流流态、涡漩结构规律和流速分布特征,对这种新型闸门的安全运行与结构稳定具有重要意义。     

渐扩式泄洪洞出口水流模拟及空化 特性预测研究

为了获得泄洪洞出口段在高速水流情况下的水流特征,分析空化及其对结构可能存在的空蚀破坏影响,本文采用了VOF（Volume Of Fluid）方法,并结合Realizable k-ε紊流模型,对泄洪洞水流进行了三维数值计算。计算获得了压强、流速及水深的三维分布参数,并将部分计算结果与设计值验证,吻合较好。通过引入自定义函数方式计算了整个流场的空化数,获得了泄洪情况下泄洪洞高速水流空化数分布规律及易发生空化空蚀的区域。     

Gate Regulation Speed and Transition Process of Unsteady Flow in Channel

The operation methods of channel and the speed of gate regulation have great influence on the transformation of flow in water conveyance channels. Based on characteristics method, a 1-D unsteady flow numerical model for gate regulation was established in this study. The process of water flow was simulated under different boundary conditions. The influence of gate regulation speed and channel operation methods on flow transition process was analyzed. The numerical results show that under the same conditions, with increasing regulation speed of the gate, the change rates of discharge and water level increase, while the response time of channel becomes shorter, and ultimately the discharge and water level will transit to the same equilibrium states. Moreover, the flow is easier to reach stable state, if the water level in front of the sluice is kept constant, instead of,behind the sluice. This study will be important to the scheme design of automatic operation control in water conveyance channels.     

某重力坝泄洪底孔水力特性的数值模拟研究

为了充分研究泄洪底孔的水力特性,利用FLUENT软件,采用标准 k～ε紊流数值模型和体积分数法（VOF ）自由表面追踪技术,对某重力坝泄洪底孔全程进行了三维数值模拟研究。数值模拟得到了设计和校核洪水位两种工况下,泄洪底孔的沿程水面线、压力以及流速分布等水力特性。数值模拟结果与模型试验数据对比分析显示,二者吻合较好。研究表明数值模拟在实际工程运用中是可行的。     

长距离输水洞分水口模型试验及过流能力研究

水力学模型试验是验证过水建筑物设计合理性的重要方法之一。基于流体力学和水工模型理论对山西中部引黄工程输水洞分水口开展了模型试验研究。验证了总干隧洞、西干和东干支洞在闸门不同开度下的过流能力、流量分配;给出了闸门与闸前水面线高度的相互关系。结果表明:东西干闸门开度分别为0.60 m和0.56 m时能保证输水能力,并满足东西干流量分配;闸门启闭速率与闸前水位呈负相关。研究成果对无压输水隧洞分水口过流能力研究具有重要理论意义,并对闸门启闭和系统调度具有实际参考价值。     

窄缝消能工水力特性的数值模拟与试验研究

本文对高拱坝深孔窄缝消能工的有压洞段及出口的压力、沿程水面线、沿程流速分布、水舌入水角度、水垫塘底板的动水压力分布等水力要素进行了研究,采用基于VOF两相流的标准k-ε双方程紊流数学模型对各水力要素进行了数值模拟,并与模型试验结果进行比较。结果表明:数值模拟结果与模型试验吻合良好,说明利用该数学模型模拟窄缝收缩段、空中射流水舌及水垫塘的水力特性是可行的。利用抛射体理论计算公式得到各种形式下水舌进入水垫塘的运动轨迹、入射角及入射流速,弥补了模型试验中无法测量空中水舌流速分布的不足,可以为工程设计及应用提供一定的参考依据。