电站进水口联系梁对水流影响的三维数值模拟研究

作     者：王波 

作者单位：长江科学院 

学位级别：硕士

导师姓名：金峰

授予年度：2012年

学科分类：080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 081502[工学-水力学及河流动力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：电站进水口 联系梁 三维数值模拟 水力特性 物理模型 

摘      要：在以往的电站进水口数值模拟研究过程中，大多数简化或缩小了计算边界，如不考虑联系梁、拦污栅槽、检修门井、工作门井等的影响，但就是这些被简化掉的结构往往会影响水流内部流态以及水头损失;再者，采用非结构网格或网格分辨率不够精细，也会降低计算结果的精度。 本文以某水电站为背景，采用数学模型和物理模型相结合的方法研究了联系梁对电站进水口水流特性的影响。首先确定了物理模型试验的模拟范围、控制条件、试验研究方法。采用1:30的模型比尺，对电站进水口进行了水力特性试验研究，为数值模拟的结果验证提供了依据。 在物理模型试验的基础上，确立了电站进水口的合理的数值模拟范围，并给出适当的边界条件。利用六面体结构化网格，并引入“非对接网格处理技术以保证模拟精度，对不同的计算区域采用疏密有别的网格划分方式。采用三维k ε紊流模型，引入气液两相流的VOF模型方法，准确的模拟了电站进水口联系梁不同布置型式下的水力特性，并对不同工况下的进水口流态、水头损失、流速分布等方面进行了比较分析。研究表明： （1）所建数学模型准确合理地模拟了电站进水口联系梁各种不同布置型式下的流场结构，为电站进水口联系梁的设置对流态、水头损失、压力分布规律、流速等水力特性的影响评价提供了有力支撑;（2）联系梁对流道中心平面的流速分布与流态影响甚微;上层系梁对进口水流表面流态的影响较大，在拦污栅槽附近形成左右对称的强度很小的漩涡，中层、下层联系梁对进口水流流态的影响较小;上部两层联系梁对水头损失的影响较小，底部1层联系梁对水头损失的影响相对较大，可导致3cm水头损失增加;联系梁对流道压力分布的影响甚微;各工况垂线流速分布，断面呈中大、底次之、表最小，且在联系梁附近流速明显减小。 （3）本文所采用的数值模拟方法及研究结果可供类似工程的设计和研究参考。