抽水蓄能电站侧式进/出水口拦污栅断面的流速分布研究

本文以某抽水蓄能电站上水库进/出水口为例,通过水工模型试验,研究了侧式进/出水口拦污栅断面的流速分布规律,着重分析了扩散段隔墩布置型式与过渡段体型对拦污栅断面流速分布的影响。研究结果表明:上弯段后过渡段长度不足与圆变方段起始断面处采用变坡布置是导致拦污栅断面流速分布欠佳的主要原因,而三个分流隔墩的墩头位置在扩散段起始断面处齐平、对水流流态的影响也是导致拦污栅断面流速分布出现异常的原因之一。在上述研究成果的基础上,提出了改善拦污栅断面流速分布并有效消除负流速的工程措施。     

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。     

惠州抽水蓄能电站下库进出水口水工模型试验研究

惠州抽水蓄能电站下库采用侧式进出水口，一期尾水隧洞与进出水口采用同轴线布置，二期尾水隧洞在平面上布置有一弯道。通过物理模型试验对下库进出水口水力特性进行研究，测试包括发电和抽水两种工况下进出水口流速分布、各通道流量分配、进出水口水头损失及入流漩涡等水力参数，通过多方案比较，解决了下库出水口流速分布不均和出流偏流等问题。     

抽水蓄能电站侧式进出水口水工模型试验研究

进/出水口具有双向特性,结构复杂,对实际运行安全和效率有重要影响。通过模型试验方法,研究某抽水蓄能电站侧式进/出水口的水力特性发现：不同等级流量测下水头损失系数基本相同,紊流阻力平方区处水头损失系数与雷诺数无关。进/出水口孔口前缘和拦污栅断面流速分布较均匀,各孔口左、中、右的流速分布基本相同。漩涡的形成与相对淹没深度s/d和佛汝德数F_r有关,进/出水口F_r<0.23,相对淹没深度s/d>0.5,无有害漩涡。图6幅,表7个。     

回龙抽水蓄能电站下库进出水口体型研究

南阳回龙抽水蓄能电站下库进出水口为双向流道，体型设计要求严格。为提高效率，减小水头损失，进行了进出水口体型模型试验，以改善进出水口体型水力条件。通过调整转变角度和半径、优化进出水口箱涵体型等措施，使出流断面流速基本均匀分布，有效提高了引水发电系统的总效率。     

西龙池抽水蓄能电站竖井式进/出水口体型研究

西龙池抽水蓄能电站上库拟采用设盖板的竖井式进／出水口，通过物理模型试验对这种竖井式进／出水口的水力特性进行了研究，包括发电和抽水两种工况下进／出水口的流速分布、水头损失等．针对试验中发现的问题，改进了竖井式进／出水口的体型，指出弯道段体型对出流均匀性起重要作用。     

惠州抽水蓄能电站上库进出水口水力学模型试验

通过物理模型试验,测试了发电和抽水两种工况下惠州抽水蓄能电站上库进出水口的流速分布、各通道流量分配、进出水口水头损失及入流漩涡等水力参数,并对库盆流态进行了观测.试验结果表明,惠州抽水蓄能电站上库进出水口及引水隧洞的体型布置是基本合理的,可供其他类似工程初步设计时参考.     

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。     

佛子岭抽水蓄能电站上库进出水口水力实验研究

佛子岭抽水蓄能电站上库采用侧式进出水口,本文通过物理模型试验,测试了发电和抽水2种工况下佛子岭抽水蓄能电站上库进出水口的流速分布、各通道流量分配、进出水口水头损失及入流漩涡等水力参数,并对库盆流态进行了观测。试验结果表明,佛子岭抽水蓄能电站上库进出水口及引水隧洞的体型布置是基本合理的,可供其他类似相关工程初步设计时参考。     

跌坎下游流场的时均流速分布和脉动特性

本文采用颗粒示踪的方法试验研究了跌坎下游主流重新接触床面流区的时均流速分布，流速的脉动强度及各点脉动流速的概率密度分布。试验结果表明，跌坎下游水流分离，具有稳定的漩涡发展，漩涡产生的频率约为每２秒３次。重新接触点离跌坎的距离约在３￣６倍坎高之间。在主流重新接触床面的流区，紊动剪切应力最大，在量测的流区，脉动流速的概率密度接近正态分布。     

抽水蓄能电站侧式进出水口体型及水力特性研究进展

侧式进出水口是抽水蓄能电站广泛采用的水流过渡结构形式,是连接库区与输水管道的咽喉。该部位双向过渡水流结构较为复杂,对工程的运行效率及安全有重要影响,而合理的进出口体型是保证水流合理过渡和工程安全的关键。研究侧式进出水口体型及水力特性的方法主要有物理模型试验、数值模拟及原型观测。文章对进出水口前漩涡、进出口段水流过渡和水头损失等方面研究成果加以总结。分析了漩涡形成机理、诱涡因素及抑制漩涡形成的工程与非工程措施;明确了均衡过渡水流的工程要求及满足水流均衡过渡的结构体型设计准则;列举了部分工程进出水口体型参数、过渡水流特征数及进出流水头损失系数。     

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。     

天荒坪电站上水库进出水口截水墙帷幕补强灌浆试验

天荒坪电站上水库采用全库盆沥青混凝土防渗,仅进出水口位置未设置.为防止库水下渗到沥青混凝土库盆的下卧层,设置了截水墙和防渗帷幕,该帷幕长期处于动水压力下,性能削弱较严重,需要补强.为了保证帷幕补强的耐久性,进行了试验,对灌浆的参数和材料进行比选,并用于最终补强施工.     

广和泵站进出水流道优化设计

通过对广和泵站进出水流道内的三维流动模拟,分析进出水流态,进行流速分布及水力损失数值模拟计算,根据计算结果提出建议采用的优化方案,并在实践中应用。     

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。     

竖井进流水平旋转内消能泄水道流速分布的试验研究

本文从分析图1所示的竖井进流水平旋转内消能泄水道的基本流态与泄流量变化规律出发，对该种泄水道的流速分布提出假定，并给出具体表达形式。根据试验量测资料，对轴向流速、环向流速及有关物理量的变化规律进行了分析与研究，这对该种泄水道水力特性的分析、计算与设计均有重要的参考价值。     

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。