不同导叶开度下混流式水轮机尾水管内部流动及压力脉动分析

为探究活动导叶开度对混流式水轮机尾水管内部流动及压力脉动的影响,通过建立西南某电站混流式水轮机三维全流道模型进行定常和非定常条件的数值模拟,研究混流式水轮机在额定水头不同导叶开度下的尾水管流动特性及压力脉动。结果表明：随着导叶开度的增加,尾水管直锥段出现明显的交替旋涡并引起尾水管低频压力脉动,尾水管内压力及速度分布的均匀性逐渐变差,尾水管弯肘段监测点压力脉动主频幅值先增大后减小。尾水管涡带是引起尾水管产生低频高幅特征压力脉动的原因。     

考虑上下游复杂水力联系的水库初期蓄水方案研究——以白鹤滩水库为例

制定上下游存在复杂水力联系的水库初期蓄水方案时,既要考虑上游来水、上下游用水、工程安全及库岸稳定等诸多因素,又要分析协调上下游水库配合蓄水的对策及影响。研究了白鹤滩水库初期蓄水方案,在初期蓄水时需考虑上游调节能力较好的二滩水库和乌东德水库的运行方式,下游溪洛渡水库和向家坝水库的下游生态及航运用水要求,以及梯级电站的发电计划、电力消纳和电网供电计划等。白鹤滩水库初期蓄水方案为：白鹤滩水库蓄水期间,除乌东德水库提供调蓄水量26.39亿m³外,锦屏一级和二滩水库协助提供水量29.7亿m³,需乌东德水电站按2～3台机组运行,二滩水库在2021年4月上旬末库水位应不低于1 185 m, 5月底水位消落至1 160 m,其运行方式的调整对二滩及下游桐子林等梯级总发电量和可调容量影响较小;下游溪洛渡水库和向家坝水库按满足下游生态及航运用水要求协调运行,两电站的可调容量相比运行方式调整前最大分别减少约3 083,1 593 MW。以此制定的蓄水方案保障了白鹤滩水库初期蓄水计划的如期实施,该研究思路、方法可为类似工程的初期蓄水研究提供参考。     

考虑大气沉降的湖库分区动态水环境容量精细解析

针对面源污染为主的湖库型流域,为建立水质目标管理与污染总量控制之间更精准的响应关系,借鉴日最大负荷总量模式,基于物质量平衡原理提出考虑径流丰枯变化、不均匀混合、大气沉降等影响因素的湖库分区动态水环境容量精细解析方法,包括污染混合区设置、代表水文系列确定、逐日分区水量水质计算。以沙河水库为例,分别以全湖Ⅱ类、主湖Ⅱ类作为水质管理目标,采用2010—2015年代表水文系列对总氮动态水环境容量进行精细解析。结果表明：全湖Ⅱ类、主湖Ⅱ类水质管理目标下沙河水库总氮水环境容量的多年均值分别为36.7 t和99.43 t,若不考虑湖滨混合区,全湖Ⅱ类水质目标下总氮的年水环境容量计算值偏大66.43%;实施水质目标管理的水域面积越大,大气沉降对水环境容量的影响越大;径流年际及年内丰枯变化对水环境容量的影响显著;各分区总氮控制总量占全流域总量的比例与面积比基本一致。湖库分区动态水环境容量精细解析可量化不同因素对水环境容量计算结果的影响,科学解析面源输入型湖库水环境容量的时空结构特征,实现水质目标管理与污染总量分区管控的有机联动,更好地支撑流域水环境的精细化管理。     

三河口水利枢纽调流调压阀仿真计算分析与试验研究

三河口水利枢纽供水阀采用DN2000-16活塞式调流调压阀。为保证流量符合设计要求、阀门不发生气蚀振动破坏,确保工程安全,针对水头高、流量变幅大、工作条件复杂的问题,进行了调流调压阀的流场仿真分析计算和试验研究。首先建立三维仿真模型,选择合适的计算软件,根据设计流量率定流阻系数后,选择前半段开小孔、后半段开大孔的活塞开孔型式,进行流态仿真计算,包括流场分析、气蚀和振动分析计算。其次,按线性缩尺1∶5设计1台DN400模型机,分析论证模型机与真机的相似性。最后,按照计算参数设计加工一台DN400的模型机,通过试验验证其关键参数和流量特性与计算值的符合性,测量模型机上下游压力、流量等参数,测算其流阻系数、流量系数和流量-压力-开度曲线。结果显示:压力-开度-流量关系符合设计要求,流量/开度比呈直线分布,压力值相等情况下流量比与模型比呈平方关系;DN400模型机仿真分析计算结果与DN2000调流调压阀计算结果比较,流阻系数、流量系数比误差基本≤5%,基本达到相似性要求;与DN400模型机CFD计算结果对比后误差≤5%,试验和计算结果基本吻合,气蚀判定后没有气蚀发生,噪音小于95分贝。结果表明:流场分析计算所用软件是可靠的,DN2000调流调压阀具有良好的抗气蚀性能。通过试验和研究后,研究制定了"模型试验内容及验收标准"和"DN2000-1.6 MPa调流调压阀验收标准",为我国《调流调压阀设计导则》的制定奠定了坚实基础。     

级配特征和水力梯度对砂砾料渗透性影响研究

为探索砂砾料渗透性的规律,开展了室内垂直向上渗透试验,结果表明,砂砾料渗透性随着孔隙比的增大而增强,随着细粒含量的增高而减弱。对特征粒径进行了进一步推导,给出了连续级配的特征粒径计算方法,通过量纲分析和参数拟合,得到砂砾料渗透系数的经验公式。通过渗透变形试验,将水力梯度对砂砾料渗透性的影响进行了分析,结果表明:细粒含量高,则渗透系数随水力梯度的增大而增大;细粒含量低,则渗透系数随水力梯度的增大而减小。结合细粒含量、孔隙比的影响,给出了考虑水力梯度的渗透系数计算公式,并对试验结果进行验证,结果表明,该公式可较好地反映各参数,尤其是水力梯度对渗透性的影响,拟合效果较好。     

水库群优化调度中的结构分析方法研究进展

在我国水库群规模日益庞大、功能结构日益复杂化的背景下,结构分析方法在水库群优化调度模型求解中占据越来越重要的地位。为全面梳理不同结构分析方法的适用性和优劣性,以及为复杂结构水库群优化调度提供高效的结构分析方法,基于水库群优化调度60余年来的研究成果,分别阐述了顺序模拟法、蓄供水判别式法、效用均衡理论法、聚合-分解法和水力关联矩阵法5种结构分析方法的研究进展。顺序模拟法逻辑直观、普适性强,蓄供水判别式法能够对发电调度中水库群的蓄供水次序快速排序,以上2种方法均适宜于串联结构水库群结构分析;效用均衡理论基于微观经济学厂商均衡理论对水库群调度方式进行优化,理论基础坚实,适用于水力关系较为独立的并联水库群;聚合-分解法包含水库群联合调度图和大系统分解协调2种形式,可与其他串并联结构分析方法联合使用,适用于大规模混联结构水库群;水力关联矩阵法则采用矩阵形式描述水库群内部两两之间关系,不受水库群结构组合的限制,因此适用于任何结构水库群。结构分析方法对于优化高效求解水库群优化调度问题至关重要,但也需要与其他环节配合才能实现,建议未来在径流预报信息利用、优化调度统计模型与物理背景耦合及混联水库群精细化调度等方向开展进一步研究。     

数学模型在鲁南高铁跨河桥墩布置中应用

采用工程局部河道平面二维水流数学模型进行拟建工程的防洪影响计算分析,对比不同桥梁布置方案,工程前、后的计算结果和变化情况,分析工程对河道行洪壅水、水流流态、水流动力特性、河势稳定等方面所产生的影响,并根据模型计算结果选取最佳方案。     

大寨河闸站立式双向流道轴流泵装置CFD分析

针对大闸河闸站双向流道泵装置进行CFD数值模拟计算。在设计流量工况下,对包括进水流道及延长段、叶轮、导叶,出水流道及延长段在内的泵装置全流道进行计算分析。计算结果表明,大寨河闸站双向流道泵装置整体性能较优,进水流道水力性能较好,入泵水流流态较好,出水流道内流态受到速度环量影响较大,需多加关注。     

半高导叶对离心泵水力性能与压力脉动强度影响数值模拟研究

采用ＳＳＴｋ－ω湍流模型分析半高导叶叶高对离心泵水力性能与压力脉动强度的影响,研讨半 高导叶对其性能的影响规律。结果表明,小流量工况时,导叶叶高对离心泵水力性能影响较小,随着流 量增大,其影响越明显。随着流量增加,离心泵扬程与效率随着导叶叶高降低而增大,高效区变宽,并向 大流量偏移。各流量工况下,导叶叶高对叶轮做功影响较小,而对导叶与蜗壳内总压损失影响较大,随 着流量增加,导叶叶高降低明显减小导叶与蜗壳内总压损失。在各流量工况时,叶轮、导叶与蜗壳内压 力脉动强度随着导叶叶高降低而逐渐降低。     

基于应力-渗流-损伤耦合模型的重力坝三维水力劈裂数值模拟

裂缝的高压水力劈裂是混凝土高坝安全评估的重要部分。目前,重力坝水力劈裂的数值模拟绝大多数是二维的,对于坝体上游面经常出现的竖直裂缝的三维水力劈裂的数值研究几乎为零。本文提出一种应力-渗流-损伤耦合模型,用于混凝土重力坝三维水力劈裂的模拟。采用该耦合模型,模拟了一个内置裂缝的圆柱体试件的水力劈裂,数值结果与试验结果吻合很好,验证了所提耦合模型的合理性。在此基础上,采用该耦合模型,进行了国内某混凝土重力坝三维水力劈裂的模拟,数值模拟得到的损伤区域与设计院根据安全监测实测结果得到的范围基本吻合。研究结果表明:本文耦合模型可以方便、有效地进行重力坝三维水力劈裂的模拟,评估表面裂缝的危险程度。