抽水蓄能电站侧式进／出水口分流特性研究

以琼中抽水蓄能电站为例,通过进／出水口水力学模型试验,研究分析了分流隔墩的布置形式对侧式进／出水口各流道分流特性的影响。研究成果表明：对于三隔墩四流道的侧式进／出水口,为改善进／出水口内流道的分流均匀性,边隔墩宜移至起始扩散断面处且宜适当调整边隔墩与中隔墩在起始扩散断面处的间距分配比例;在试验范围内宜将中隔墩前移,增大墩头与起始扩散断面之间的距离。     

抽水蓄能电站侧式进/出水口隔墩布置对水力特性的影响

运用标准k-ε湍流模型和VOF两相流模型,对抽水蓄能电站侧式进/出水口、输水管道和部分上库进行了数值计算,分析了死水位条件下抽水和发电工况的进/出水口隔墩位置对进/出水口流速分布、流道分流系数、水头损失、墩头附近流速分布等水力特性的影响。结果表明:中隔墩后移对发电工况下各流道流速分布、分流系数、进/出口的水头损失几乎无影响;中隔墩后移可改善抽水工况下中隔墩两侧流道的过流流速均匀性和各流道流量分配的均匀性,降低进/出水口的水头损失,但中隔墩后移距离超过进/出水口扩散段起始断面宽度的0.3倍时,改善效果不明显;中隔墩后移进/出水口扩散段起始断面宽度的0.44～0.52倍,边隔墩后移进/出水口扩散段起始断面宽度的0.1倍,可实现墩头附近局部流速的相对均匀化;中隔墩后移扩散段起始断面宽度的0.5倍,边隔墩后移扩散段起始断面宽度的0.1倍,可实现抽水蓄能电站进/出水口水力特性的最优化目标。     

输水隧洞坡角对侧式进/出水口水力特性影响研究

抽水蓄能电站侧式进/出水口具有双向过流的特点,进/出水口自身体型参数对其水力特性具有很大的影响,但连接的输水隧洞布置型式也同样会影响进/出水口水力特性,若输水隧洞布置不恰当,将可能导致进/出水口出现不利的水力特性。利用RSM紊流模型,以某侧式进/出水口为研究对象,在进/出水口体型不变的前提下,研究出流工况不同隧洞坡角对进/出水口内部流态、拦污栅断面流速不均匀系数、水头损失系数及流量分配等水力特性的影响。结果表明,当隧洞坡角等于扩散段垂向扩散角时,进/出水口内部流态较好,反向流速区的沿程范围、拦污栅断面流速不均匀系数及水头损失系数均最小。因此,当进/出水口扩散段垂向扩散角不大且各隧洞坡角均满足地形、地质条件的情况下,隧洞坡角等于扩散段垂向扩散角时,可获得较优的水力特性。     

一种确定侧式进/出水口分流墩间距的方法及试验验证

针对抽水蓄能电站侧式进/出水口扩散段分流墩的布置,根据NB/T 10072—2018《抽水蓄能电站设计规范》的建议值,一般采用分流墩在扩散段起始端的宽度比来设计分流墩间距。但在实际中经常发现,各孔流道分流并不均匀,特别是在扩散出流工况,难以满足设计要求。提出了一种确定侧式进/出水口分流墩间距的方法,采用各孔流道控制断面面积比确定分流墩间距。多个模型试验结果表明,相较于扩散段起始端的宽度比法,采用控制断面面积比的方法确定的分流墩间距更合理,能使各孔流道分流更均匀,利于减小进出水口的水头损失和确保拦污栅的安全运行。     

进出水口双向流动结构流速分布与脉动规律研究

抽水蓄能电站水道系统侧式进出水口因内部分流隔墩等导致流动复杂,其内部双向流动规律尚不清晰。本文以某实际工程进出水口为基础建立典型进出水口试验装置,利用先进的流速量测仪器进行试验研究。基于粒子图像测速技术（PIV）量测结果,揭示了侧式进出水口内部双向流动规律,出流工况,中孔扩散段内形成明显的主流且位于孔口中部,扩散段及调整段顶部形成低流速区,边孔扩散段内主流不明显;进流工况,中孔及边孔调整段顶部存在低流速区,水流汇入扩散段后流速分布趋于均匀。基于声学多普勒测速技术（ADV）量测结果,揭示了拦污栅断面脉动流速规律,出流工况,其脉动流速很大,流速脉动值可达到时均值的1.8倍,有别于脉动值较小的一般规律;进流工况,其脉动流速较小,符合脉动值绕时均值上下波动的一般规律。研究成果将为优化进出水口体型参数和分析引起拦污栅振动破坏提供理论依据。     

侧式进/出水口扩散出流紊动强度变化规律研究

为探求侧式进/出水口紊动强度变化规律,构建了RSM紊流模型用于侧式进/出水口流向、横向及垂向三方向上紊动强度研究,分析了进/出水口三方向上紊动强度分布沿程变化,重点关注了拦污栅处紊动强度变化规律。研究发现边、中孔三向紊动强度各断面轮廓基本一致,横向与垂向的紊动强度均小于流向紊动强度。在沿程分布规律上,壁面附近紊动强度在扩散段有减小的趋势,孔口中间紊动强度逐渐增大,水流经过扩散段以后有回转趋势。水头损失与紊动强度呈正相关,紊动产生的水头损失先增大后减小,壁面产生的水头损失与断面平均流速呈正相关。在此基础上,探讨了孔口高度、隧洞坡角、雷诺数对进/出水口三向紊动强度的影响。结果表明,雷诺数、孔口高度、隧洞坡角基本不影响紊动强度场的断面分布及沿程变化规律,但会影响拦污栅断面处三向最大紊动强度值及其所在位置。     

抽水蓄能电站进/出水口体型优化数值模拟

利用三维紊流数学模型,对某抽水蓄能电站上水库进/出水口原方案及其优化方案抽水和发电工况进行数值模拟,分析了进/出水口段的水头损失、进/出水口段的流态和流速分布等。原方案在抽水工况下,存在扩散段及调整段顶盖板下部产生水流分离区、拦污栅断面有反向流速、各孔口流速不均匀系数偏大等不利水力学现象。考虑以上不利因素,需对原方案进行优化。优化方案计算结果表明,在扩散段和防涡梁段之间增加调整段、压低扩散段盖板扩散角以及增加扩散段长度等措施均能改善水流流态。     

侧式进/出水口顶板扩张角对拦污栅断面流速分布影响规律研究

抽水蓄能电站侧式进/出水口双向过流,其顶板扩张角的大小将直接影响拦污栅断面流速分布是否均匀,甚至出现反向流速。抽水蓄能电站设计规范将3°~5°作为侧式进/出水口顶板扩张角的推荐范围,其依据是矩形渐扩管阻力系数最小的扩张角度,但侧式进/出水口体型较之复杂很多,因此有必要进一步探讨。本文以某侧式进/出水口体型为研究对象,采用数值模拟方法,研究了11种角度的顶板扩张角对出流工况和进流工况拦污栅断面流速分布的影响。结果表明：在出流工况下,随着顶板扩张角的增大,中孔拦污栅断面的主流位置由居中部逐渐向底部降低,断面流速分布由上下基本对称趋于底部大上部小的上下不对称,当顶板扩张角较大时中孔拦污栅断面上部出现反向流速;随着顶板扩张角的增大,边孔拦污栅断面流速分布由基本均匀逐渐变为底部大上部小的不均匀分布;随着顶板扩张角的增大,中、边孔孔口流速不均匀系数均逐渐增大,但中孔拦污栅断面流速分布受顶板扩张角影响更大。在进流工况下,随着顶板扩张角的增大,中、边孔拦污栅断面流速分布及孔口流速不均匀系数均无明显影响。研究成果可为优化侧式进/出水口设计提供指导。     

竖井弯道段对进出水口水力特性影响研究

竖井进出水口弯道段(简称竖井弯道段)是控制出流是否均匀的关键体型,若设计不当,易出现偏流等问题。为比较竖井弯道段不同形式(肘型弯道段和S型弯道段)影响竖井进出水口水力特性的异同性,该文建立了大型竖井进出水口试验装置,并利用声学多普勒流速仪量测了出口拦污栅断面流速。研究结果表明：对于出流工况,竖井弯道段对出流均匀性起关键作用,肘型弯道段和S型弯道段均能获得理想的孔口流量分配;竖井弯道段形式的改变不能消除出口拦污栅断面底部负向流速,两种形式弯道段的出口拦污栅断面底部负向流速区高度基本相同;两种弯道段的水头损失相当,均占竖井进出水口水头损失的40%左右。对于进流工况,竖井弯道段对进口拦污栅断面流速分布和孔口流量分配无影响,两种弯道段的水头损失相当,均占竖井进出水口水头损失的60%左右。从水力学角度看,两种形式的弯道段对竖井进出水口水力特性的影响效果基本相同,但S型弯道段形状的细微变化对出流各孔口流量均匀性影响较大,极易导致出流不均匀,需要引起高度重视。     

TRIZ规划方法剖析水利蓄能电站进/出水口设计

对已有的某单一无备用水利蓄能电站进/出水口进行综合分析,发现其对水流速控制效果较差。依据TRIZ方法规划布局过程模型,设计多层次布局规划方案。设置进/出水口主要金属结构和设备参数,对上、下库进/出水口隔污栅和检修闸门展开分析。根据检修闸门井的布置形式,选择侧向塔式进/出水口型式,在TRIZ规划方案支持下确定进/出水口宽度。计算扩散段内断面能量和侧向塔式前端断面和后端断面面积,克服顶部所产生的水流分离问题,尽量保持流速均匀,抵消顶板扩张角度偏大的问题,无负流速出现,由此设计水利蓄能电站进/出水口结构。以实际工程为实验对象,将两种方法的水流速控制情况展开对比分析,由结果可知,TRIZ规划方法的水流速控制效果较好,与实际水流速基本一致,符合工程基本需求。     

扩散段长度对侧式进/出水口水力特性的影响

以某上水库无调整段侧式进/出水口为研究对象,采用雷诺应力湍流模型探究了扩散段长度对进/出水口水力特性的影响规律,并从水力学的角度给出了扩散段长度建议值。结果表明：扩散段长度对侧式进/出水口水流运动存在显著影响,扩散段不宜过长或过短;对于进/出水口沿程流速分布,只有在抽水工况下扩散段长度才会对其产生影响,发电工况下基本不存在影响;对于水头损失、各孔口流量配比等其他水力指标,扩散段长度在双向过流时均会对其产生较大影响,随着扩散段长度的增加,各水力指标均先变好再变差;对于无调整段侧式进/出水口体型,当扩散段长度为隧洞直径的5.7～6.0倍时,各水力指标满足规范要求;当扩散段长度为隧洞直径的5.8倍时,进/出水口水力特性得到较大改善,且具有较好的水流流态。     

立式混流泵站进出水流道水力优化

为得到某大型混流泵站进出水流道最优设计方案, 基于 CFX 软件, 对进出水流道内水流流态进行数值模拟研究。以泵站进出水流道初步设计方案为基础, 对流道型线进行优化研究: 通过调整进水流道断面参数, 得出进水流道优化方案; 通过改变虹吸式出水流道上升角与下降角, 得到水力损失最小的出水流道型式。最终结果表明: 当进水流道流速和流道长度、断面面积和流道长度的关系曲线光滑无突变时, 流道内无不良流态, 符合优化设计要求; 当出水流道上升角为22°下降角为 29°时, 泵站出水流道流速分布较为均匀、水力损失最小。由此得出所选泵站最优设计方案。所得结果对大中型泵站的流道优化有指导作用。     

泗阳泵站出水流道可行性方案对比分析研究

结合泗阳泵站已有土建结构,采用雷诺平均纳维-斯托克斯方程(RANS)和标准k-ε湍流模型,运用SIMPLEC算法,设计虹吸式出水流道、直管式出水流道及钟形出水流道3种可行性方案.分别在流道进口未设置环量和设置环量的情况下,数值模拟3种流道内流场,预测流道内的不良流态形式及出现位置,分析各方案流道进口断面、中间断面及出口...     

印尼ASAHAN No.1水电站清污机设计特点

通过对印尼Asahan No.1水电站清污机设计特点及运行概况介绍,指出电站取水口清污设备的布置及选型对电站的安全运行和经济效益十分重要,清污设备布置恰当、设计合理不仅给电站的运行管理带来方便,更能创造出良好的经济效益。     

积石峡水电站进水口拦污栅施工综述

积石峡水电站在进水口拦污栅施工过程中,为控制施工成本和施工工期,采取了一系列的措施,如栅墩采用定型模板施工,联系梁采用钢管柱支撑和吊模方式施工,联系板采用吊模、钢管及脚手架立柱支撑方式施工等,最终节约了施工成本,并满足了工期要求,拦污栅施工质量达到了清水混凝土标准。     

青山水库工程溢洪道消能建筑物优化设计

为优化溢洪道出口型式,大连理工大学为辽宁省葫芦岛市青山水库溢洪道消能工共进行了28个方案的模型试验,其中初设报告中的消能工对下游冲刷比较严重,需增加泄槽长度并在泄槽中增加辅助消能工。水工模型试验推荐方案为将初设报告中60m长的泄槽增加至72m,泄槽段底坡由1/30改为1/36,泄槽中增加两排交错布置的T型墩。在泄槽下游增加18m长的跌坎,跌坎深度为6m,跌坎末端齿墙深入微风化岩2.0m。该方案既不影响泄洪要求又可减小冲刷。     

除险加固水闸的消能防冲措施

基于某除险加固工程水力学模型试验,通过对闸下水流流态、流速分布、特征断面垂向最大平均流速以及冲刷特性的观测,分析了设计方案条件闸下水流流态恶化及冲刷严重的原因,即下游翼墙加固改变了水流的边界条件,导致出闸水流受到边界挤压而主流集中,局部流速增大,冲刷加剧。通过不同消能防冲方案的试验比较,提出了利用分隔墩消除出闸水流集中的现象;分隔墩消除了主流受边界挤压现象,起到了改善闸下水流流态,均化闸下水流流速分布,降低河床最大流速,减轻闸下冲刷的作用,且体型结构简单,易于施工。     

非对称运行西河泵站前池试验分析

为明确西河泵站非对称机组运行时前池的流态特征,基于物理模型试验的方法对西河泵站的前池及进水流道进行整体物理模型试验,共获取4种不同开机方案时西河泵站前池的流场和速度分布规律,并采用计算流体动力学技术对最低水位时8台机组全开的方案进行数值分析。结果表明：在0.75负荷排涝时,非对称机组运行方案2的前池两侧有微弱旋流,开机方案3和开机方案4前池流态均平稳,开机方案3泵站进口断面的底流速分布均匀度为78.2%;推荐两侧边机组和中间机组各2台开机运行;在全负荷排涝流量且最低水位时,机组全开时两边机组流道进口的水力性能指标最低,在实际运行时应注意两侧边机组运行的安全稳定性。研究成果可为西河泵站的实际运行管理提供一定的参考。     

南水北调中线京石段排洪渡槽结构布置分析

南水北调排洪渡槽由于受地形限制，进出口布置比较复杂．通过对南水北调中线应急供水工程排洪渡槽设计，对进出口渐变段(喇叭口)布置、排洪渡槽纵坡确定和槽身多纵梁、多侧墙结构型式的适用条件等分析，为同类建筑物设计提供参考．     

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。