导流洞改建尾水洞明满流过渡过程数值模拟

针对导流洞区别于常规尾水洞的水力特性,在分析总结明满流数学计算方法的基础上,采用狭缝法的特征隐式格式法建立模型,对尾水洞中明满流过渡过程进行数值模拟。结合工程实例,采集过渡过程中监测点的压力和水位极值,并利用该电站引水发电系统整体水工模型试验进行验证。对比分析得到数值计算结果与模型试验结果一致,表明该数学模型适用于导流洞改建发电尾水洞明满流过渡过程的数值模拟。     

尾水洞出现明满流的水电站小波动稳定性分析

针对尾水位变幅较大的水电站尾水洞出口段常出现无压流或明满流等复杂流态,提出基于动态尾水边界的分析方法,即以始终保持有压流态的尾水洞中间特征断面的动态测压管水头作为尾水洞系统出口边界条件,结合数值模拟方法研究系统的小波动稳定性,并与传统的边界处理方法进行比较。结果表明采用试验数据和数值模拟相结合进行小波动稳定性分析,考虑了尾水洞无压流或明满流对系统稳定性和调节品质的影响,能够较准确地反映系统的动态特性。     

双机共变顶高尾水洞系统小波动稳定性研究

双机共尾水管路布置是一种典型的首部／中部开发水电站输水系统布置方案．考虑尾水道较短时，除尾水调压室方案以外，可采用变顸高尾水洞方案．不同于传统的特征分析法，采用基于有压管道特征线法、跟踪明满流分界点的明渠改进狭缝法和状态方程数值计算的联合算法，结合相应的边界条件，研究负荷扰动情况下变顶高尾水洞方案的小波动稳定性和调节品质，并与相应的尾水调压室方案作进一步的比较分析，结果表明：变顸高尾水洞方案小波动稳定性明显优于尾水调压室方案，为变顶高尾水洞的应用提供可靠的比选依据．     

白鹤滩水电站尾水洞明满流段优化试验研究

白鹤滩水电站尾水隧洞末端部分洞段由导流洞改建而成,尾水位较低时,存在明满流现象,对输水系统安全有重要影响。本文采用模型试验方法,对明满流段的流态及体型优化进行研究。结果表明:过渡过程中,尾水洞内正反向水流相叠加,产生水面涌波,触顶后形成眀满流,并伴随压力脉动现象。脉动压力的极值远小于隧洞衬砌压力的设计值73.5 m,对尾水隧洞衬砌段结构影响较小。结构优化研究表明在尾水隧洞出口设置逆坡堰及优化衔接段坡度,可有效改善明满流流态。     

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。     

向家坝水电站右岸变顶高尾水洞的水力计算

向家坝水电站尾水下接金沙江，江水位变幅大，尾水隧洞选用变顶高尾水洞方案时可不建尾水调压室，但洞内压力和明满交界面会随水流过渡过程变化。经建立包含引水系统、机组和调速器在内的计算机仿真程序的水力过渡过程计算表明，变顶高尾水隧洞方案在明满交替流工况下，未产生气囊，洞顶内水压力变幅不大，对机组没有产生不利影响，电站调节系统能满足大、小波动稳定的要求。     

基于Hopf分岔的变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统稳定性研究

运用Hopf分岔理论对变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统的稳定性进行研究。首先建立水轮机调节系统非线性数学模型,其中改进的引水系统动力方程可更准确描述变顶高尾水洞明满流分界面运动特性,据此模型进行非线性动力系统Hopf分岔的存在性、分岔方向等的分析,推导得到系统发生Hopf分岔的代数判据;然后利用代数判据绘制了系统的稳定域,并分析了系统在不同状态参数下的稳定特性;最后利用稳定域分析了变顶高尾水洞在机组负荷调整下的稳定性工作原理。结果表明:变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统的Hopf分岔是超临界的;明满流引起的水流惯性变化在机组减负荷时对系统的稳定性有利、增负荷时对系统的稳定性不利,明流段水位波动的作用对于系统的稳定性在增、减负荷下都是有利的。     

三峡电站变顶高尾水洞水力过渡过程试验研究

为了逼真复演三峡地下电站变顶高尾水洞内水击波动流态过程和较精确测试大波动调保参数与小波动机组性能的稳定性,应用模型水轮发电机组对电站设阻尼井的变顶高尾水洞进行了水力过渡过程试验研究。结果表明,大波动时,水击波在变顶高尾水洞内传播一个来回过程,1 min即可衰减,各项调保参数均可满足设计要求;小波动时,机组的稳定性能较好;设置阻尼井对提高变顶高尾水洞运行的安全度是必要的。三峡地下电站已安全稳定运行了3 a,实测数据表明,模型试验成果与原型观测较一致。     

带阻尼井的变顶高尾水系统水力过渡过程数值预测及其特性研究

机组及输水系统在暂态过程中性能参数的控制对电站的安全稳定运行具有重要影响。基于瞬变流数学模型和Priessmann假设,对三峡地下电站采用的带阻尼井的变顶高尾水隧洞进行了过渡过程数值预测,并将计算结果与电站现场试验值进行了对比验证,总结了带阻尼井的明满交替流等复杂水力过程的数值预测模型。基于计算结果分析了在大小波动等暂态过程中变顶高尾水系统明满交替流及阻尼井的水力特性,并从水力学和系统稳定性的角度解释了三峡地下电站采用变顶高尾水洞并设置阻尼井能够代替调压室的原因。     

白鹤滩尾水隧洞明满流对水电站稳定性的影响

白鹤滩水电站单机容量为1 000 MW,规模居世界第二。对于水电站而言,引水发电系统的稳定性尤为重要,而该水电站的尾水隧洞存在着明满流现象,严重影响到了引水发电系统的稳定性。为此,采用特征隐格式下的虚拟狭缝法,分析了尾水隧洞内不同流态对机组稳定性及尾水调压室水位波动的影响。分析结果表明：当明满流段流态为明流时,可以加速调压室水位波动收敛,有利于输水系统的稳定;当流态为明满过渡流时,其压力脉动现象会导致机组调节品质变差,不利于输水系统的稳定。此外,明满流段的长度对机组调节品质影响很小,长度的选取不受输水系统稳定性限制。研究成果可为类似输水系统设计和研究提供参考。     

向家坝水电站地下厂房变顶高尾水系统研究

为了满足电站的调节保证要求，减小地下洞室群的规模，向家坝水电站地下厂房采用了特殊的尾水系统布置方案，即变顶高尾水洞方案，取消了尾水调压室。在研究水电站变顶高尾水洞基本工作原理的基础上，提出了向家坝水电站右岸地下厂房变顶高尾水洞布置方案研究的基本思路和具体步骤，论证了采用变顶高尾水洞方案的可行性和合理性。     

三峡电站31号机尾水过渡过程监测结果反演分析

三峡地下电站尾水系统首次采用一机一洞变顶高尾水洞来替代尾水调压井,在理论和工程设计上均具有重要意义。为了解变顶高尾水隧洞的实际特性,以及验证水工模型试验和数字仿真计算结果,在地下电站31号机调试和试运行期及三峡水库175 m试验性蓄水运行期现场监测的基础上,进行了过渡过程反演计算。将反演计算与现场监测结果对比分析,验证了采用变顶高尾水系统及设置阻尼井等工程措施的有效性,为今后大型地下电站变顶高加阻尼井尾水系统的设计、施工和运行提供了借鉴。     

电站变顶高尾水洞水力过渡过程现场监测分析

阻尼井+变顶高尾水洞是一种新型的水电站尾水压力管道体型,国内尚无单机容量700 MW巨型机组的运行实践经验。为进一步了解大型机组变顶高尾水系统的水力特性,验证工程设计和水工模型试验成果,确保工程安全稳定运行,结合启动试运行和正常蓄水位机组调试安排,对三峡地下电站进行了2个特征库水位(152.3 m,175.0 m)和4个负荷量级(25%,50%,75%,100%)的机组甩负荷水力过渡过程进行现场监测。重点监测了蜗壳和尾水管进口部位水锤压力、阻尼井涌浪、变顶高尾水洞明满流交替和机组转速升高值等内容。监测成果表明:三峡地下电站变顶高尾水洞各项水力参数指标均满足设计要求,并有一定安全裕度,监测成果可为今后变顶高尾水洞工程设计和运行提供参考。     

基于VOF方法的尾水隧洞过渡过程明满流水力特性研究

针对尾水隧洞结合导流隧洞布置时过渡过程中的明满流问题,采用VOF气液两相流模型对尾水系统的三维流场进行计算和分析.计算了尾水隧洞过渡过程中满流至明流和明流至满流两种典型工况,通过模型试验中尾水隧洞监测点的数据验证了数值模拟的可靠性和准确性.在此基础上,对明满流的水力特性进行了深入的分析和研究.结果表明:尾水隧洞发生明满...     

尾水洞中通气孔减缓明满流的作用研究

很多水电站由于地形、地质、整体布置或者利用已建的导流洞的原因,其尾水洞较长,因此,其水力过渡过程就十分重要,尤其在下游低水位工况下运行时,尾水洞就会出现明满流现象,其水力学现象十分复杂。通过数值模拟验证了通气孔减缓明满流的作用,并对不同尺寸通气孔的合理性进行了分析。     

水电站过渡过程数值计算工况探讨

文章依据国内多座大型水电站过渡过程与控制数值计算的原则,并结合国内多家设计单位及科研院所的资料,系统地介绍了常规水电站以及抽水蓄能电站的大波动、小波动以及水力干扰过渡过程数值计算工况拟定的相关资料、目标函数及针对这些目标函数要拟定的常规工况及叠加工况。此外,还介绍了常规水电站新型变顶高尾水洞方案需要补充的计算工况。     

彭水水利枢纽电站厂房布置方案研究

彭水坝址处于高山峡谷地区，电站厂房引水系统长达８６０ｍ。为了较好地解决长引水系统、大跨度洞室群分布密集的难题，设计中结合实际，跟踪水电站长尾水道设计理论和实践的发展，在国内首次进行了变顶高尾水洞的设计研究，解决了“长引水系统不设调压室，且尾水系统明满流交替”的主要技术问题。用变顶高属于毛水洞取代调压室，既可保证电站的安全运行和减小工程投资，又避免了大距离洞室群分布密集给围岩稳定带来的不利影响，通过     

三峡地下电站变顶高尾水洞技术研究与应用

在三峡地下电站可行性研究和初步设计中,针对尾水系统设计进行了不设调压室、设调压室方案和变顶高尾水洞方案的比较,其中又分别进行了一机一洞和两机一洞方案布置型式的研究。首次在三峡地下电站进行了带模型机组的引水发电系统整体模型试验,通过大量的计算分析和模型试验,不断优化尾水系统的布置,最终采用了一机一洞变顶高尾水洞方案,并已付诸实施。对变顶高尾水洞系统的深入研究,开拓了创新思路并取得了设计经验,可为类似电站工程设计借鉴。     

变顶高尾水洞的顶坡及体形设计方法

基于机组甩负荷工况下变顶高尾水系统尾水管进口处真空度的计算公式,推导出保证尾水管进口满足真空度要求的顶坡计算分析公式。在机组甩负荷后明渠最大负涌浪以及安全顶坡分析公式的基础上,提出了变顶高尾水洞体形设计的程序性定量化方法,从而可对变顶高尾水洞的体形进行定量化的分析设计。由顶坡坡度分析公式所获得的计算结果与物理模型实验结果进行了比较,表明该公式是合理的。这些结果和方法可以方便地应用于工程初步设计。     

变顶高尾水系统小波动过渡过程中水流运动理论研究

 推导了变顶高尾水系统小波动过渡过程水流运动的基本方程，对基本方程进行分析与求解，并以某电站为例，探讨了变顶高尾水系统小波动过渡过程的基本规律。通过小波动过程计算分析结果表明：当水流时间惯性常数 T W0 为某一固定值时，改变坡度 i 值， i 到一定值后对小波动过程稳定性影响甚微，这与试验现象一致；若 i 固定，变化 TW0 ，当 T W0 ≥ 4.5 时，小波动过渡过程为等幅振荡至发散，因此，此值宜小于 4.0 ，这与工程规定相符；当其它水力参数变小时， i 应增大，才能使系统达到良好的动态品质。这些说明所建立的方程组及数学模型是合理的。且此变顶高尾水系统的结构方案能节约较大工程投资