基于3D数值模拟的泄洪洞安全监测及预警指标体系

针对高水头大流量泄洪洞内易发生严重的空化空蚀破坏问题,采用三维RNGκ-ε双方程紊流模型对某工程右岸泄洪洞紊流流场进行数值模拟,分析了泄洪洞内水—气两相分布、洞顶余幅、压强分布、空化数分布等水力特性,判断泄洪洞内易发生空蚀破坏的潜在危险位置,根据数值模拟计算结果设计泄洪洞安全监测布置方案,并构建泄洪洞安全监测及预警指标体系,划分泄洪洞安全状态等级,有助于推进实际工程中泄洪洞的实时安全监测及预警工作。     

潘口水库调蓄作用对黄龙滩大坝的防洪安全影响

针对潘口水库正常蓄水运行后将对黄龙滩大坝防洪安全产生极大影响的问题,利用龙格—库塔数值解法编制了水库洪水调算程序,采用有无对比法研究了有、无潘口水电站时黄龙滩大坝的防洪安全。结果表明,黄龙滩水库洪水调度方式由常规调度调整为预泄调度时,潘口水库的蓄水运行可大幅降低坝前水位、延迟洪峰和最高水位出现时间,大坝防洪标准将提高到2 000年一遇。     

猴子岩水电站多级洞塞泄洪洞水力特性试验研究

通过物理模型试验和数值模拟计算,对比研究了不同有压出口高度时多级洞塞泄洪洞各项水力特性参数,分析了出口高度对泄洪洞泄流能力、洞身压强及消能率的影响。结果表明,随着出口高度的降低,泄洪洞泄流量减小,流量系数增大;洞身压强整体呈增大趋势,出口压坡高度的变化主要对洞塞及其以后洞段的壁面压强影响较大,而对上平段影响相对较弱;泄洪洞整体消能率逐渐减小,出口高度对竖井洞塞和压坡洞塞消能率影响较大,而对水平洞塞组的消能率影响甚微。     

龙落尾式泄洪洞泄流数值反馈与掺气设施布置优化

为验证和优化涔天河水库扩建工程^#1泄洪洞“龙落尾”布置方案，首先建立^#1泄洪洞泄流数值计算模型，然后根据室内试验翼型掺气坎后的空腔回水结果反馈数值计算模型的合理性，进而基于水力安全和经济综合原则定义了掺气坎体型的优化目标函数，最后利用反馈数值计算模型研究^#1泄洪洞掺气设施优化布置。研究表明，采用结构化矩形网格的FAVOR方法、VOF方法、RNGκ-ε湍流模型及精细网格的数值模型进行模拟，其计算结果与室内试验结果在空腔长度和空腔形态上的规律较为接近；^#1泄洪洞翼型坎挑坎角度α和坎后底坡坡率θ最优值分别为10%、20%。     

戽流消能水力特性数值模拟

采用RNG κ-ε紊流模型,结合气液两相流VOF模型以及标准壁面函数法对干捞水电站戽流消能水力特性进行数值模拟。得到了在设计洪水位条件下溢流坝下游河床自由水面、压强、流场分布以及消能影响范围等水力特性的变化规律。通过模拟结果与电站实际运行情况进行对比分析可知,本方法能够准确模拟出戽流消能的各项水力特性,并且为消能工的设计和优化提供参考依据     

混凝土热学特性对泄洪洞衬砌温度和温度应力影响研究

以溪洛渡水电站泄洪洞为例,采用大型通用有限元软件Ansys建模计算,模拟了衬砌混凝土的浇筑过程和温控措施,计算分析了混凝土最终绝热温升值和绝热温升速率对衬砌混凝土温度和温度应力场的影响,提出了在溪洛渡水电站泄洪洞衬砌混凝土的配合比设计中应尽量提高粉煤灰的掺量和采用低热水泥,以降低最终绝热温升值和早期绝热温升速率,从而防止与减少裂缝,可为溪洛渡水电站泄洪洞及类似工程衬砌混凝土设计和施工提供有价值的参考.     

三种紊流模型模拟溢流坝泄流精度的对比分析

为研究不同紊流模型对溢流坝泄洪数值模拟的适用性和准确度,采用标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型及大涡模拟(LES)模型等3种经典紊流模型对某溢流坝泄流过程进行数值模拟;同时,将数值模拟出的溢流坝坝面的水流流态、流速及坝面压强等溢流坝泄流过程的重要水力指标结果与物理模型试验结果进行对比分析。结果表明,RNGκ-ε模型对溢流坝泄流的流态模拟效果最好,与物理模型试验结果最为一致;LES模型对坝面水流流速、坝面压强及空化数的模拟效果最好;采用标准κ-ε模型模拟出的各个指标精度最低。因此,针对溢流坝泄流过程数值模拟,应优先采用RNGκ-ε模型和LES模型。     

超深层挡水放空洞复杂体型高速水流水力特性数值模拟

针对某水电站超深层挡水放空洞复杂体型,利用3D紊流数值模拟方法,采用VOF方法追踪自由水面,对泄流能力、沿程水面线、流速、压强等水力特性进行了数值模拟分析。结果表明,该放空洞结构泄流能力满足设计要求,设计体型基本合理,有压洞转弯段出现严重的偏流,需对该段体型进行优化;弧形闸室后部两侧突扩结构最小负压0.1MPa,结构易发生空化空蚀,建议减小突扩结构尺寸,延长侧墙长度,尽量减小侧墙坡度;消能工段出口底板部位最小负压为0.1MPa,建议取消挑坎末端水平段,使水流直接挑出。     

设有掺气挑坎的台阶式溢洪道的三维数值模拟

利用引入VOF方法的RNGk-ε双方程紊流模型,对在台阶首部设置掺气挑坎的台阶式溢洪道进行了全程的三维数值模拟。通过模拟,得出计算域的水面线、速度场和压强场等水力特性,并用物理模型实测值对数值计算结果进行验证,两者吻合较好。说明采用数值模拟的方法研究台阶式溢洪道,以此得到真实的水力特性是可行的。     

南迪普电站排水口三维数值模拟及体型优化

通过对南迪普电站排水口排水过程的三维数值模拟,获得了虹吸井中水位、溢流堰泄流能力、排水明渠中流速分布等水力特性,与模型试验结果相比较吻合,表明数值模拟方法用于虹吸井排水可行。在此基础上,针对原设计方案中虹吸井溢流堰泄流偏于一侧、流速分布不均匀及回流等缺陷,采用迷宫堰取代原方案的折型堰,经三维数值模拟计算表明堰上过流量可满足要求泄量,堰后流速分布基本均匀对称且回流强度和范围大大减弱。     

气垫调压室研究进展

结合我国首例含气垫调压室水电站－青海大干沟水电站引水系统的水力计算及模型试验研究成果,对气垫调压室的气体漏损及其防治对策、气体特性及其数值模拟、水力性能及稳定断面、模型试验和运行监控等方面的国内外研究进展进行综述,并探讨了今后的研究方向。     

潘口水电站面板堆石坝施工度汛断面坝坡稳定性分析

在对潘口水电站面板堆石坝施工期洪水作用下坝体与坝基渗流场进行有限元模拟的基础上,采用线性和非线性强度参数分析了施工度汛断面坝坡稳定性。结果表明,潘口面板堆石坝临时度汛断面在施工度汛期内渗流稳定性及上下游坝坡稳定性均满足现行规范要求,汛期安全性有保障;度汛期内临时断面采用挤压边墙和垫层料联合防渗的方案是可行的;与线性强度参数相比,非线性强度参数更符合堆石料的抗剪强度特性,其稳定性计算结果更合理,从而为潘口水电站面板堆石坝施工度汛断面的设计方案提供了技术支持,也为混凝土面板堆石坝施工期临时度汛坝体的坝坡稳定安全问题提供了一种有效的分析方法。     

缅甸DAPEIN水电站溢流坝泄流三维数值模拟

以k-ε湍流模型封闭Reynods方程,采用VOF法追踪自由水面,对缅甸DAPEIN水电站表孔溢流坝的水流流动进行了三维数值模拟.结果表明,溢流坝的泄流能力、水面线、压力分布与流速分布等数值模拟结果与模型试验实测结果吻合,数值模拟结果可信,选择的紊流模型合理,求解方法可靠,可为工程设计提供全面、合理的参考.     

多层泄孔运行方式对二级斜坡进口浅水垫消力池水力特性的影响

针对某水电站工程消力池体型不合理及调度运行方式不当而导致池内流态不良、消力池临底流速过大、底板冲刷破坏等问题,通过1∶45模型试验分析了二级斜坡进口式浅水垫消力池在多层泄洪孔不同运行方式下的水力特性。结果表明,新提出的消力池体型能够明显改善面流流态及水跃不稳定等问题,针对该工程,优先采用溢流表孔泄流比采用冲沙底孔泄流池内流态更佳,消力池临底及岸边流速更低,消能防冲效果更好。     

分段低压自流输水系统中无压连接段水力特性三维数值模拟

采用三维数值模拟方法研究了带有明槽的无压连接段水力特性.结果表明,数值模拟方法在新型无压连接段水力特性预测中具有良好的适用性;且新型元压连接段能满足运行要求.     

旋流竖井段水力特性数值模拟

采用标准κ-ε模型和VOF方法相结合,实现了水平旋流竖井段的水力特性的数值模拟．并计算了不同收缩比起旋器出口情况下竖井段的水力特性。模拟计算结果与试验结果对比表明,旋流竖井段的水力特性采用这种标准,κ-ε模型的模拟效果较好。     

基于CFD的水电站厂房水力振源模拟研究

传统的水力振源特性研究主要依赖于模型试验,计算方法亦过于简化。通过建立水轮机全流道模型,基于CFD计算软件,对正常工况下的厂房进行了流体计算,总结了蜗壳壁面压力脉动的变化、分布规律及数值大小,进而根据CFD计算结果拟定了5种水力振源施加方案,并利用谐响应算法计算了厂房楼板、机墩、风罩等薄弱部位的振动响应情况,认为可根据流体计算结果在蜗壳内壁不同部位施加相应简谐荷载;且在流体计算结果中提取厂房蜗壳壁面各点的压力脉动数值,采用时程分析法施加于蜗壳对应节点,观察厂房结构振动响应情况,给出了水电站厂房水力振源更加精确、合理的模拟与施加方式。     

高水头大流量泄洪隧洞水力特性数值模拟研究

采用VOF法和k-ε紊流模型对金沙江溪洛渡水电站高水头、大流量泄洪隧洞水力特性进行数值模拟,获得了泄洪隧洞的流动过程、流量系数、水面线、流速分布、压力分布、空化数分布、掺气量等水力学参数,并分析了对泄洪隧洞安全的影响.结果表明,泄洪隧洞的泄流能力满足设计要求,设计体型基本合理,龙落尾段需进一步优化,第二、三级掺气空腔的长度和高度均偏小,掺气坎两侧通风竖井的风速偏大,掺气坎需优化.     

渐缩突扩式洞塞水力特性的数值模拟研究

为了深入了解新型渐缩突扩式洞塞泄洪洞的压强分布和消能率等水力特性,采用三维RNGκ-ε紊流数学模型对渐缩突扩洞塞段水流进行了数值模拟研究,分析了雷诺数、收缩比和相对长度对渐缩突扩洞塞的局部水头损失系数和最小压强系数的影响,并与顺直洞塞的对应水力参数进行对比。结果表明,渐缩突扩洞塞的局部水头损失系数和最小压强系数主要受收缩比和相对长度的影响,且收缩比的影响比相对长度显著。随着收缩比和相对长度的增大,局部水头损失系数和最小压强系数相应减小。与顺直洞塞相比,渐缩突扩洞塞的消能率较小,但具有更强的抵抗空蚀破坏的能力。     

基于RNG湍流模型的泵站进水流道三维数值模拟

运用基于壁面律的RNG k-ε湍流模型对新型空心桩式水泵站进水流道进行数值模拟,采用交错网格的有限体积法求解三维不可压Navier-Stokes方程,提出优化进水流道目标函数并依据数值模拟结果预测进水流道水力损失.根据经验公式计算的水力损失与预测的进水流道水力损失较为接近,表明采用RNG k-ε湍流模型能较好地预测进水流道的水力性能,对进水流道内特性数值模拟和外特性预测研究有较高的推广价值.