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侧式进/出水口偏流出流下的大涡模拟

水科学进展 2024年第1期35卷 132-144页

作者：郭港归刘亚坤魏杰曹泽张帝大连理工大学建设工程学院辽宁大连116024 中国电建集团中南勘测设计研究院湖南长沙410014

实际工程中受地形地质条件影响,引水洞在水平上存在转角,导致出流工况来流不均,进/出水口内部紊流特性的复杂程度显著提升。利用大涡模拟对某带水平弯段抽水蓄能电站侧式进/出水口进行数值计算,其流速、概率密度分布与模型试验吻合较好... 详细信息

实际工程中受地形地质条件影响,引水洞在水平上存在转角,导致出流工况来流不均,进/出水口内部紊流特性的复杂程度显著提升。利用大涡模拟对某带水平弯段抽水蓄能电站侧式进/出水口进行数值计算,其流速、概率密度分布与模型试验吻合较好。结果表明:偏流出流下进/出水口各流道分流比分别为0.64、0.81、1.26和1.29,水平方向流速分布极为不均;垂直方向主流靠近中下部,垂向雷诺切应力在扩散段内呈一正一负峰值分布,该现象主要由中上部的流动分离和底部的壁面剪切造成;两中间流道的回流区高度大于两边流道,导致中间流道的拦污栅更易受到反向流速影响;流动分离使拦污栅附近存在三轴漩滚,靠近过水断面中上部和底部产生2处能量集中的低频脉动,且各流道在偏流条件下的紊动强度相比均匀来流的紊动强度分别提高11%、25%、29%、3%,不利的水流流态和较高的紊动强度可能对拦污栅造成威胁。

关键词：侧式进/出水口偏流出流雷诺切应力流动分离低频脉动

侧式进/出水口水头损失系数多元线性回归分析

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水力发电学报 2024年第4期43卷 50-61页

作者：高学平陶文杰朱洪涛刘殷竹天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300072

进/出水口水头损失是抽水蓄能电站输水系统水头损失的重要组成部分,准确计算水头损失是评估电站运行经济效益的重要需求。本文通过数值模拟方法研究了14个实际侧式进/出水口的水头损失系数;利用多元线性回归方法,建立了基于侧式进/出水... 详细信息

进/出水口水头损失是抽水蓄能电站输水系统水头损失的重要组成部分,准确计算水头损失是评估电站运行经济效益的重要需求。本文通过数值模拟方法研究了14个实际侧式进/出水口的水头损失系数;利用多元线性回归方法,建立了基于侧式进/出水口体型参数计算水头损失系数的回归方程,分析了侧式进/出水口体型参数对其水头损失系数的影响规律。结果表明:侧式进/出水口体型参数对水头损失系数的影响程度,对出流工况较显著,而对进流工况不显著;出流工况,侧式进/出水口体型参数对水头损失系数的相关性,扩散段长度、扩散段分流墩中墩缩进距离、水平扩散角、垂向扩散角、分流墩墩头中边孔宽度比和反坡段坡比为正相关,调整段长度和防涡梁段长度为负相关;利用回归方程得到的水头损失系数与数值模拟方法的结果吻合较好。本文建立的回归方程为计算侧式进/出水口水头损失系数提供了新方法。

关键词：侧式进/出水口水头损失系数体型参数数值模拟回归方程

抽水蓄能电站侧式进/出水口局部非稳态现象研究

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中国农村水利水电 2024年

作者：魏杰郭港归顾莉王立杰苗宝广中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司大连理工大学建设工程学院

在出流工况下，侧式进/出水口扩散段内水流与边壁易发生分离，产生局部非稳态现象，从而导致进/出水口流态紊乱。本文采用RNG k-?紊流模型对某抽水蓄能电站进/出水口流场进行三维数值模拟，并通过模型试验验证了数值模拟的合理性。研究... 详细信息

在出流工况下，侧式进/出水口扩散段内水流与边壁易发生分离，产生局部非稳态现象，从而导致进/出水口流态紊乱。本文采用RNG k-?紊流模型对某抽水蓄能电站进/出水口流场进行三维数值模拟，并通过模型试验验证了数值模拟的合理性。研究结果表明：侧式进/出水口在扩散流时，受扩散角的影响在主流附近存在流动分离区，该区域紊动强度较大，形成局部非稳态现象，紊动强度与流速平方呈线性关系。流道内流速呈现周期性波动，波动周期与雷诺数近似呈幂函数关系。中间流道的波动周期小于边流道，且边中流道流速波动周期的差异与雷诺数呈现正相关。试验中对流速的监测时长应涵盖数个波动周期，才能准确衡量进/出水口的水力学特性。

关键词：侧式进/出水口扩散流局部非稳态现象数值模拟

抽水蓄能电站侧式进/出水口内部流动规律研究

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广东水利水电 2024年第5期 68-73页

作者：徐天浩安徽省水利水电勘测设计研究总院股份有限公司合肥230088

抽水蓄能电站侧式进/出水口在应对电站运行过程中水库水位频繁变化以及水流双向流动带来的水力学问题时,需要保证内部水力特性良好。以某抽水蓄能电站侧式进/出水口为例,双向过流工况下,采用数值模拟方法,分析各部位水流流态,探究内部... 详细信息

抽水蓄能电站侧式进/出水口在应对电站运行过程中水库水位频繁变化以及水流双向流动带来的水力学问题时,需要保证内部水力特性良好。以某抽水蓄能电站侧式进/出水口为例,双向过流工况下,采用数值模拟方法,分析各部位水流流态,探究内部沿程流动规律。研究表明:两种工况下,中孔和边孔的沿程流速变化规律相同,扩散段对进/出水口内部流速变化影响最大;进流工况下,主流位于孔口底部,调整段上方由于两向水流的剪切作用,形成回流区;出流工况下,主流位于孔口中部,垂直扩散角导致扩散段及调整段上方形成流动分离现象。研究成果可为同类型抽水蓄能电站侧式进/出水口体型设计提供参考。

关键词：抽水蓄能电站侧式进/出水口流速分布数值模拟

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侧式进／出水口水流运动三维数值模拟

天津大学学报 2006年第5期39卷 518-522页

作者：高学平叶飞宋慧芳天津大学建筑工程学院天津300072

采用Realizable k-ε双方程紊流模型对侧式进／出水口水流运动进行数值模拟,研究了体型对进／出水口水头损失和孔口附近流态的影响,指出了扩散段水平扩散角和整流段长度对水头损失和孔口流态的决定作用．最后给出进流工况自由水面随库... 详细信息

采用Realizable k-ε双方程紊流模型对侧式进／出水口水流运动进行数值模拟,研究了体型对进／出水口水头损失和孔口附近流态的影响,指出了扩散段水平扩散角和整流段长度对水头损失和孔口流态的决定作用．最后给出进流工况自由水面随库水位变化情况．计算结果和试验结果基本吻合．

关键词：抽水蓄能电站侧式进/出水口 Realizable κ-ε紊流模型

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侧式进/出水口及邻近围堰环流消除优化研究

水力发电学报 2021年第8期40卷 23-33页

作者：高学平徐天浩朱洪涛孙博闻陈思宇天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

抽水蓄能电站侧式进/出水口施工完成后,往往对其施工围堰采用不完全拆除方式,从而形成残留围堰。当水库运行水位较低时,进/出水口前方水面在残留围堰和地形的影响下,很可能出现不利环流现象。这种不利环流,在出流工况下易造成进/出水口... 详细信息

抽水蓄能电站侧式进/出水口施工完成后,往往对其施工围堰采用不完全拆除方式,从而形成残留围堰。当水库运行水位较低时,进/出水口前方水面在残留围堰和地形的影响下,很可能出现不利环流现象。这种不利环流,在出流工况下易造成进/出水口前方水面波动较大,在进流工况下易诱导进/出水口上方形成有害漩涡。本文以潍坊抽水蓄能电站下水库侧式进/出水口为例,采用数值模拟方法,探寻改善围堰附近水流流态的有效措施。为消除围堰附近的环流,对围堰平台的坡底线进行优化,比较各体型优化效果并进行物理模型试验验证。研究表明:侧式进/出水口前存在残留围堰时,进流工况库区水面流态平稳,出流工况围堰附近容易形成不利环流;对称的残留围堰不会避免环流的产生;当残留围堰平台坡底线角度与明渠扩散角度保持一致,可以降低环流强度,水流可平顺均匀地向库区扩散,水流条件有较大改善。本文研究成果可为同类型抽水蓄能电站侧式进/出水口围堰设计提供参考。

关键词：抽水蓄能电站侧式进/出水口围堰环流数值模拟

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侧式进/出水口流动分离现象研究

水力发电学报 2017年第11期36卷 73-81页

作者：王晨茜张晨张翰孙博闻高学平天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

抽水蓄能电站侧式进/出水口具有双向过流的特点,若进/出水口体型设计不当,出流时扩散段易发生流动分离现象,导致拦污栅断面流速分布不均,甚至出现反向流速。本文利用Realizable k-?紊流模型,针对进/出水口出流扩散时的流动分离现象,探... 详细信息

抽水蓄能电站侧式进/出水口具有双向过流的特点,若进/出水口体型设计不当,出流时扩散段易发生流动分离现象,导致拦污栅断面流速分布不均,甚至出现反向流速。本文利用Realizable k-?紊流模型,针对进/出水口出流扩散时的流动分离现象,探讨了垂向扩散角?和水平扩散角?对流动分离的重要程度,垂向扩散角对减弱流动分离、消除拦污栅断面反向流速起主导作用。在此基础上,考虑设计标准对过栅流速的要求,在孔口面积不变的条件下,研究了出流时垂向扩散角对流动分离和孔口流速分布的影响。当隧洞雷诺数Re≤2.7×107、垂向扩散角?≤2.0°时,扩散段无明显的流动分离现象,拦污栅断面不出现反向流速。研究成果对侧式进/出水口的设计和运行具有指导意义。

关键词：侧式进/出水口扩散段流动分离扩散角雷诺数

利用多岛遗传算法的侧式进/出水口体型优化研究

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水利学报 2018年第2期49卷 186-194页

作者：高学平李建国孙博闻田野张翰天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350

水工建筑物体型优化一般通过物理模型试验或数值模拟对设定体型进行水力特性研究,针对不利的水力指标调整体型再进行研究,直至获得满意的较优体型,这是传统的做法。双向水流条件下的侧式进/出水口体型优化可视为多目标优化问题。本文将... 详细信息

水工建筑物体型优化一般通过物理模型试验或数值模拟对设定体型进行水力特性研究,针对不利的水力指标调整体型再进行研究,直至获得满意的较优体型,这是传统的做法。双向水流条件下的侧式进/出水口体型优化可视为多目标优化问题。本文将加权后的水头损失系数定为目标函数,以孔口断面流速不均匀系数和孔口间流量不均匀系数为约束条件,将多目标优化转化为单目标优化,利用多岛遗传算法进行进/出水口体型优化,可以获得最优体型。此外,参数化建模方法和基于CFD的响应面模型的应用,加快了建模与数值模拟速度,提高了优化效率。以某下水库侧式进/出水口为例,按照本文方法得到的推荐体型与原体型相比,进/出流的总水头损失系数降低3.35%,出流时流速不均匀系数减小14.50%,进/出流的流量不均匀系数均小于20%。该研究方法为水工建筑物体型优化提供了便捷的途径。

关键词：侧式进/出水口双向水流体型优化参数化建模多岛遗传算法

基于响应面模型侧式进/出水口体型多目标优化

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华中科技大学学报（自然科学版） 2019年第11期47卷 127-132页

作者：高学平秦孜学朱洪涛孙博闻天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室

为解决抽水蓄能电站侧式进/出水口扩散段体型优化时传统优化方法通常依据工程经验进行体型调整,导致进流与出流时的水力特性难以同时满足最优的问题,以扩散段体型参数为设计变量,以进/出流各水力指标作为优化目标,利用响应面法建立了两... 详细信息

为解决抽水蓄能电站侧式进/出水口扩散段体型优化时传统优化方法通常依据工程经验进行体型调整,导致进流与出流时的水力特性难以同时满足最优的问题,以扩散段体型参数为设计变量,以进/出流各水力指标作为优化目标,利用响应面法建立了两者之间的代理模型.利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行了多目标优化,得到最优体型.研究结果表明:采用NSGA-Ⅱ可以解决双向水流条件下各目标难以同时满足最优的问题.此外,只须在建立代理模型过程中进行计算流体动力学(CFD)计算,而优化时无须进行,有效提高了进/出水口体型的优化效率.

关键词：侧式进/出水口双向水流响应面法遗传算法多目标优化