公伯峡水电站旋流泄洪洞研究总结

中国首次建成的公伯峡水电站旋流泄洪洞已通过了原型观测和专家会议验收.就此,对该泄洪洞的试验研究进行了总结,重点说明3个问题:①公伯峡水电站为什么采用旋流泄洪洞;②旋流泄洪洞存在的水力学问题及解决办法;③怎样优化设计旋流泄洪洞,并提出旋流泄洪洞设计方法,可供设计科研参考.     

泄洪洞旋流阻塞消能的数值模拟

运用标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型、Realizableκ-ε模型、标准κ-ω模型,并结合VOF法对公伯峡水电站右岸泄洪洞的水流进行数值模拟,利用原型观测资料对计算结果进行对比验证,结果表明RNGκ-ε模型的模拟结果与原型观测资料最为接近。在此基础上,把原泄洪洞的旋流洞及其后段简化为直洞并在直洞不同位置布置阻塞,然后应用RNGκ-ε模型对其内部水流进行数值模拟,通过比较消能率、沿程压力及流场空化数分布,得出阻塞最佳布置位置,并给出最佳位置下水流的湍流特性。     

竖井进流水平旋转内消能泄洪洞水力特性的数值模拟

本文采用Realizable 紊流模型,结合自由水面处理技术的VOF方法及非平衡壁面函数法,对竖井进流水平旋转内消能泄洪洞的水力特性进行数值模拟,得到了自由水面、空腔直径、压强、流速、旋流夹角、消能率等水力特性的变化规律.把数值模拟与模型试验的结果进行对比后可以看出,采用该紊流模型、合适的边界条件与数值方法,能够较好地模拟这种强旋流、强离心力效应和各向异性的复杂的空腔旋转流动,数值模拟所得的各种水力特性,从变化趋势到数值精度可满足这种旋流内消能泄洪洞体型初步设计与优化的要求.     

旋流环形堰竖井泄洪洞三维流场数值模拟

旋流环形堰竖井泄洪洞是一种新型的环境友好的内消能工, 跟传统环形堰竖井泄洪洞相比, 泄洪洞的流态和 消能防蚀机理明显不同。作为一种新型布置形式, 其复杂的水流特性并不是十分清楚。依托于广东清远抽水蓄能 电站下水库泄洪洞工程, 基于RNG k2E双方程湍流数学模型, 并结合VOF( Volume Of Fluid) 方法, 对下库旋流环形 堰竖井泄洪洞进水口、竖井旋流泄洪洞、出口的复杂水流进行了三维数值模拟, 并对部分水力参数的特性进行了解 析计算, 获得了流态、压力、流速、空化数等水力要素的变化规律。模拟结果表明, 数值计算结果与物理模型试验成 果吻合较好。并通过数值模拟验证了该新型内消能工的泄流能力和高消能效率。     

公伯峡水电站导流洞改建为旋流泄洪洞方案研究

为减小公伯峡水电站右岸泄洪洞改建施工风险，从技术，经济，地质、施工以及公伯峡水电站目前的实际出发，对原龙抬头泄洪洞方案，竖井旋流方案，水平旋流泄漏洞方案等进行了对比试验，并重点研究了水平旋流泄洪洞方案在公伯峡水电站应用的可行性，研究结果表明，采用水平旋流泄洪洞方案消能率高，运行工程投资较省，技术经济上具有较明显的优势。     

Y型窄缝消能工三维水力特性数值模拟——以斯木塔斯水电站工程为例

为了解Y型窄缝消能工的水力特性,以国内在建斯木塔斯水电站工程为原型,采用标准k~ε双方程湍流模型,引入VOF模型求解自由水面的方法,对斯木塔斯泄洪洞Y型窄缝消能工进行了三维数值模拟,得到了出口明槽段水面线、射流形态、不同高程水舌形态、左右侧墙及底板压强等水力特性值,并与物理模型试验值进行了比较。结果表明,数值模拟的精度较高,能够详实地反映Y形窄缝消能工水流内部的情况,可为Y型窄缝消能工的选型提供依据。     

甲岩水电站竖井旋流泄洪洞设计研究

甲岩水电站右岸泄洪洞采用竖井旋流消能方式,由导流洞改建而成。从水力计算、模型试验、数值模拟、结构设计等方面,论述了竖井旋流泄洪洞的设计研究。甲岩水电站发电至今,右岸泄洪洞已安全运行数年,说明其竖井旋流设计是成功的。     

公伯峡水电站右岸旋流泄洪洞选型研究

根据公伯峡水电站特定的水头和泄量,研究了公伯峡水电站导流洞改建成水平旋流泄洪洞和竖井旋流泄洪洞两种型式,并对选定的水平旋流泄洪洞进行了体型优化研究。     

某水电站2号孔板泄洪洞水流三维数值模拟

采用k-ε紊流模型模拟某水电站2号孔板泄洪洞三维水流运动,模拟结果与原型试验数据基本一致。通过对数值模拟结果研究,获得了流速、压力和紊动能等水力要素的分布规律,三者均在孔板附近剧烈变化,详细地反映了孔板泄洪洞的消能特性。数值模拟结果表明,用k-ε紊流模型来研究孔板消能的水力特性是可行的,可以与物理模型并用,更为深入地研究内部机理和消能特点,并为孔板泄洪洞的应用提供可靠的参考依据。     

Y型窄缝消能工三维水力特性数值模拟

为了解Y型窄缝消能工的水力特性,以国内在建斯木塔斯水电站工程为原型,采用标准k～ε双方程湍流模型,引入VOF模型求解自由水面的方法,对斯木塔斯泄洪洞Y型窄缝消能工进行了三维数值模拟,得到了出口明槽段水面线、射流形态、不同高程水舌形态、左右侧墙及底板压强等水力特性值,并与物理模型试验值进行了比较。结果表明,数值模拟的精度较高,能够详实地反映Y形窄缝消能工水流内部的情况,可为Y型窄缝消能工的选型提供依据。