基于MATLAB的长距离有压引水式电站过渡过程研究

针对西北某长距离有压引水式电站,分析电站过渡过程的安全性和稳定性,验证设计方案的合理性。利用MATLAB软件,基于特征线法,建立了该电站整个过水系统的过渡过程模型。得到调压室极限涌浪水位、蜗壳末端最大压力值、机组最大转速上升率、尾水管进口最大真空度、输水沿线最大/最小压力值以及它们的变化过程线。为电站初步设计了调压室的形式及尺寸,选取了合理的机组,确定了最优导叶关闭规律。为电站的设计、建设以及安全稳定运行提供了理论依据。     

构皮滩水电站水力系统过渡过程整体模型试验

根据水电站水力过渡过程物理模型相似率,建立了构皮滩水电站带模型机组和模型调速器的整体物理试验模型,通过大波动、小波动和水力干扰过渡过程试验,得到了详细的水锤压力、调压室涌波、小波动和水力干扰特性参数,为工程设计提供了可靠依据。     

上游串联双调压室系统合理尺寸选择的研究

为了研究上游串联双调压室系统(主调压室为阻抗式,副调压室为简单式)合理的主、副调压室尺寸,结合长引水隧洞水电站工程实例,采用水锤计算的特征线法,运用过渡过程软件建立模型,对压力引水系统过渡过程进行计算研究。分析了主、副调压室不同直径组合下的调压室最高涌浪水位、波动衰减率和蜗壳末端最大水锤压力的变化规律。研究表明:对于布置双调压室系统,随着副调压室直径增大,主调压室阻抗孔对水锤压力的影响减弱;阻抗孔直径有一个临界值点,低于该点,副调压室最高涌浪水位随阻抗孔直径的增加而降低,高于该点,则上升;若副调压室直径过大,则主、副调压室水位波动衰减较慢。研究结论对类似工程合理地选择主、副调压室直径有一定参考作用。     

水轮机导叶开启和关闭规律探讨

为了使各项参数满足水电站水力过渡过程中调节保证计算的要求,选择合理的水轮机导叶启闭规律至关重要,合理的启闭规律不仅能使水电站安全稳定地运行,而且也更加经济可靠。结合某水电站工程实例,采用特征线计算方法,借助于过渡过程计算软件,对水锤的压力波动和调压室的涌浪波动进行联合计算。计算结果表明,开启时间选择临界值30 s,关闭规律选择两段折线关闭时,能有效地使蜗壳末端压力、机组转速升高率以及调压室的涌浪水位等参数满足控制标准。该结果可为合理地选择导叶启闭规律提供重要的依据。     

水电站引水-尾水管道系统水力过渡过程模型试验与计算

本文针对拉西瓦水电站引/尾水管道系统，修建了一个大比尺（1/50）且部分正态、部分变态的物理模型，并通过调频电机改变导叶启闭时间，观测了机组增甩负荷时压力管道内的水流流态、水头损失、调压室涌浪及涡壳进口处的水锤压力过程线。利用模型试验实测资料，率定出调压室阻抗孔局部阻力系数的计算公式，使数值计算得到的调压室涌浪、引，尾水管道水锤压力及其过程线与模型试验吻合良好。再用数值计算弥补物理模型不能回答尾水管进口最大真空度以及模拟非线性关闭的缺陷，提出了物理模型设计可放弃弹性相似准则的结论。使模型材料不受限制。计算在缺乏水轮机特性曲线的条件下，数值求解转动方程也可得到机组最大转速及其过程线。     

水电站尾水调压室断面面积敏感性分析研究

基于瞬变流理论,采用弹性水锤特征线法,建立合理的边界条件,对有较长尾水隧洞的水电站调压室断面面积变化敏感性进行数值模拟分析,重点研究尾水调压室的断面面积对大波动工况下的调压室水位波动、机组最大转速升高率、蜗壳末端压力变化和水力干扰工况下对水电站机组出力摆动的影响。对同一特征工况,在大波动下,调压室断面直径为28 m,即断面面积为615.752 m2时,调压室最低涌浪水位达到2 218.97 m,蜗壳末端最大压力达到269.17 m(压力升高24.48%),机组转速最大上升率达到42.19%,满足调节保证计算要求。水力干扰工况下,并入同一电网时,随着调压室断面面积增加,机组出力摆动减小,对于大电网而言,出力摆动相对差值变化较小,两台机组甩负荷时,受扰机组出力摆动相对差值相差0.08%,一台机组甩负荷时,受扰机组出力摆动相对差值相差0.03%。综合考虑计算结果及调压室的工程经济性,推荐本电站调压室断面面积取615.752 m~2。     

气垫式调压室水位和气室压力波动及状态方程多方指数影响计算研究

气垫式调压室水位和气室压力波动是规划和设计气垫式调压室所关心的问题.笔者使用四阶龙格—库塔法计算了气垫式调压室水位波动过程以及气室压力变化过程,分析了气体状态方程多方指数对调压室涌浪水位和气室压力的影响.指出在水力计算中以控制气垫式调压室最高和最低涌浪水位为计算目的,气体状态方程多方指数宜取1.0,以控制气室最高和最低...     

大型泵站复杂引水系统过渡过程与关键参数确定

泵送长有压引水系统是调水工程的核心部分,也是设计中的难点问题。对干河泵站复杂引水系统各种控制工况下水力过渡过程进行计算研究,得到了机组的最大倒转转速、机组所需的最小转动惯量值。优化了水泵出口阀的关闭规律并确定了机组开机时间间隔。计算出了需设调压井的最小尺寸,调压井最高、最低涌浪水位。选定了引水系统沿线的最大、最小水锤压力值。各项计算结果和参数均满足规范要求,为引水系统布置、机组参数选取等提供了关键技术参数。     

四川某水电站取消调压室方案 可行性研究

针对四川某水电站取消调压室的方案,建立了完整的水电站水力过渡过程计算数学模型,计算了水轮机最大转速升高、喷针最大压力、喷针最小压力、压力升高,以及引水隧洞末端底板最大压力和洞顶最小压力,从而论证了取消调压室的可行性,优化了引水发电系统的总体布置。     

水电站过渡过程计算中尾水系统糙率的取值研究

在水电站水力过渡过程计算中,为了满足调节保证计算的要求,管道各项参数指标的正确选择是至关重要的,合理的参数取值是水电站得以安全正常运行的基本保证。结合某水电站工程实例,采用过渡过程通用软件,通过分别改变调压室前管道的糙率和调压室后管道的糙率,对水电站过渡过程计算中尾水系统糙率的取值进行了深入研究。研究表明:在机组丢弃负荷过程中,在其他条件不变的条件下,尾水系统糙率的变化对尾水调压室最低涌浪水位、蜗壳末段最大压力和尾水管进口最小压力皆有影响,在水电站过渡过程计算中,尾水调压室前、后段糙率均应采用可能的最小值较为合理。这些成果对于同类工程的建设具有一定的参考意义。     

气垫式调压室参数选择及涌波计算

气垫式调压室是用于控制水电站水力过渡过程的新型调压室，具有布置灵活，适应水位变幅大和电站负荷变化后调压室水位波动小的优点，国外已应用于控制水电站引水系统和火电站供水系统水力地渡过程。本文介绍了气垫式调压室的工作原理，参数选择及涌波计算方法。     

明渠—前池—有压引水系统水力瞬变过程计算研究

针对水电站明渠—前池—有压引水系统水力瞬变过程中明渠段和有压段时间步长相差大、计算过程复杂等问题,提出了有限差分法和特征线法相结合的计算方法。对明渠和有压引水系统分别采用有限差分法与特征线法计算,把前池当集中元件处理,联合水轮机、调速器计算模型,采用统一的时间步长,在Simulink中采用模块化编程,进行过渡过程计算。将模型应用于MZD水电站水力瞬变过程计算,得到关键节点调压室的最高涌浪水位计算值为2 178.96 m,而物理试验值为2 178.57 m,二者非常接近。调压室水位波动过程线与试验结果亦吻合良好。研究表明,有限差分法和特征线法相结合,实现了明渠段和有压段时间步长的统一,降低了计算的复杂程度,可用于明渠—前池—有压引水系统设计。     

气垫式调压室的模型相似律

本文探讨了气垫式调压室的模型相似律，提出可以采用等效的变截面开敞式调压室替代气垫式调压室按常规方法进行模型测试，给出了等效调压室截面的计算公式及量测结果的换算方法.     

TVD格式在上游调压室水击数值模拟中的应用

为了模拟含上游调压室水电站的水力过渡过程,采用TVD格式求解水击方程,并结合调压室系统的基本方程组和给定的边界条件来模拟水击压力变化。将此方法用于工程实例,其计算所得的水头与实测水头相吻合;并将计算所得的水头与MacCormark 格式和Lax-Friedrichs格式的计算结果比较,结果表明：TVD格式能有效模拟含上游调压室的水击现象,其结果具有耗散性低,不产生虚假数值震荡,计算精度高等优点。     

THEORETICAL,NUMERICAL AND EXPERIMENTAL STUDY OF WATER HAMMER IN PIPE SYSTEM WITH COLUMN SURGE CHAMBER

1 .　INTRODUCTIONWaterhammerreferstoanon linear phe nomenonwherepressuresurgesoccurfollowingasuddenchangeinflowvelocityina pipesystem .Thechangeinflowvelocitymaybeinducedbyvalveoperation ,pumpstart uporshut down ,fluidinjectionordischarge ,thesuddencessationofen ergysupplierdevicescausedby powerfailureorpipemovementundercertainexternalactionsuchasimpactandearthquake ,etc .Theseinducenon linear pressuresurgesorwaves propagationthroughoutthepipesystematacousticspeed .Thesurgepressurecouldha…     

锦屏二级水电站引水系统水力学问题研究与设计优化

建立完整的锦屏二级水电站水力过渡过程计算数学模型,结合引水系统整体物理模型试验,优化引水发电系统总体布置.论证了取消大尺寸的尾水调压室是合适的,合理选择了带有上室的上游阻抗式调压室的断面积,确定了上室底板高程和调压室底板承受的最大设计压力,讨论了锦屏二级水电站采用差动式和其它型式调压井的优缺点,讨论了引水系统水力计算和模型试验误差的影响因素,提高了工程设计人员参与科学研究的水平,节省了工程投资.     

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。     

Analytical study on water hammer pressure in pressurized conduits with a throttled surge chamber for slow closure

This paper presents an analytical investigation of water hammer in a hydraulic pressurized pipe system with a throttled surge chamber located at the junction between a tunnel and a penstock,and a valve positioned at the downstream end of the penstock.Analytical formulas of maximum water hammer pressures at the downstream end of the tunnel and the valve were derived for a system subjected to linear and slow valve closure.The analytical results were then compared with numerical ones obtained using the method of characteristics.There is agreement between them.The formulas can be applied to estimating water hammer pressure at the valve and transmission of water hammer pressure through the surge chamber at the junction for a hydraulic pipe system with a surge chamber.     

3-D simulation of transient flow patterns in a corridor-shaped air-cushion surge chamber based on computational fluid dynamics

The 3-D characteristics of the water-air flow patterns in a corridor-shaped air-cushion surge chamber during hydraulic transients need to be considered in the shape optimization. To verify the reliability of the water-air two-phase model, namely, the volume of fluid model, the process of charging water into a closed air chamber is successfully simulated. Using the model, the 3-D flow characteristics under the load rejection and acceptance conditions within the air-cushion surge chamber of a specific hydropower station are studied. The free surface waves, the flow patterns, and the pressure changes during the surge wave process are analyzed in detail. The longitudinal flow of water in the long corridor-shaped surge chamber is similar to the open channel flow with respect to the wave propagation, reflection and superposition characteristics. The lumped parameters of the 3-D numerical simulation agree with the results of a 1-D calculation of hydraulic transients in the whole water conveying system, which validates the 3-D method. The 3-D flow structures obtained can be applied to the shape optimization of the chamber.     

基于真机实测的双机共尾水调压室水电站同甩负荷仿真

为了克服传统的甩负荷过渡过程计算模型及一些关键参数取值过于依赖设计资料或经验导致计算结果与实测结果存在一定差异的弊端,在经典过渡过程计算理论的基础上,采用真机实测的方法对双机共尾水调压室水电站同甩负荷过渡过程仿真方法进行了研究。提取了尾水管进口处的脉动压力值作为尾水管进口压力的修正项;利用实测结果对调压室阻抗系数、水轮发电机组转动部分的转动惯量进行了辨识。结果表明,该方法大大提高了过渡过程的仿真精度,尾水管进口压力最小值仿真与实测结果差别为0. 008 MPa,蜗壳进口压力最大值仿真与实测结果差别为0. 041 MPa,调压室最高涌浪差别为0. 2 m,机组转速最大值误差仅为0. 13 Hz,仿真结果的变化过程与实测结果十分吻合。因而,可以利用该仿真方法及模型参数对各极端工况下的甩负荷过渡过程进行预测,以指导水电机组的安全运行。