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中国水力发电工程学会电网调峰与抽水蓄能专业委员会2015年学术交流年会

作者：张兰丁南京水利科学研究院

侧式进/出水口由于双向流动特性优越,被广泛用于抽水蓄能电站和其他输水工程。本项研究依托响水涧抽水蓄能电站上、下水库进/出水口进行,通过水工模型试验对侧式进/出水口的水力特性进行了研究。模型试验包括进、出流两种工况。由于侧式... 详细信息

侧式进/出水口由于双向流动特性优越,被广泛用于抽水蓄能电站和其他输水工程。本项研究依托响水涧抽水蓄能电站上、下水库进/出水口进行,通过水工模型试验对侧式进/出水口的水力特性进行了研究。模型试验包括进、出流两种工况。由于侧式进/出水口在进流时易产生有害的漩涡流态,威胁工程安全运行,本文重点给出了克服侧式进/出水口进流工况外部漩涡流态的工程试验研究成果。给出了两种典型工程布置的有旋流动理论解。

关键词：侧式进/出水口消涡挡板进流工况涡深有旋流动

来源： cnki会议评论

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某抽水蓄能电站下库侧式进/出水口数值模拟

人民黄河 2015年第1期37卷 108-110页

作者：梅家鹏任晓倩河海大学水利水电学院江苏南京210098

抽水蓄能电站进/出水口有进流和出流两种工况,进/出水口水流呈双向流动,水力条件较复杂,对水流流态要求较高。因此,为观测各工况水流流态和水头损失大小,进一步完善进/出水口的结构布置和尺寸,对下库进/出水口进行了数值模拟计算。根据... 详细信息

抽水蓄能电站进/出水口有进流和出流两种工况,进/出水口水流呈双向流动,水力条件较复杂,对水流流态要求较高。因此,为观测各工况水流流态和水头损失大小,进一步完善进/出水口的结构布置和尺寸,对下库进/出水口进行了数值模拟计算。根据隧洞中水流的运动为有压流这一特点,建立了隧洞压力驱动三维水动力模型,考虑了进/出水口上游一定长度隧洞在内的三维空间计算域,采用k-ε紊流模型,通过对隧洞内压力流的数值模拟,分析研究了各工况下流道分离比、流速、流态及水头损失等水力特性。研究表明:将中边孔导流隔墩尾部位置进行调整能有效改善中、边孔分流比,流速不均匀系数也有所改善,水头损失无明显变化。

关键词：侧式进/出水口数值模拟分流比流速不均匀系数水头损失抽水蓄能电站

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抽水蓄能电站侧式进/出水口水力特性研究

抽水蓄能电站侧式进/出水口水力特性研究

作者：叶飞天津大学

学位级别：硕士

抽水蓄能电站的发展已逾百年。近年来,由于电力需求不断增长,同时电力系统的调峰填谷的需求也越来越大,因此很需要建设调峰填谷和动态效益好的抽水蓄能电站。根据其进/出水口的形式,抽水蓄能电站可分为侧式与竖井式两种。在我国,侧式进... 详细信息

抽水蓄能电站的发展已逾百年。近年来,由于电力需求不断增长,同时电力系统的调峰填谷的需求也越来越大,因此很需要建设调峰填谷和动态效益好的抽水蓄能电站。根据其进/出水口的形式,抽水蓄能电站可分为侧式与竖井式两种。在我国,侧式进/出水口应用较为广泛,竖井式较少。目前,对抽水蓄能电站进/出水口的研究主要是用物理模型试验的方法。本文结合西龙池抽水蓄能电站下水库侧式进/出水口进行了物理模型试验研究,并在物理模型试验研究的基础上,通过数值模拟对侧式进/出水口水流特性作进一步研究。通过物理模型试验发现:抽水和发电工况下,不同特征水位孔口附近流速分布基本相同,多进/出水口同时运行时,其相互影响不大;同一进/出水口水头损失系数和孔口流速不均匀系数在发电工况下较大,抽水工况下较小;进/出水口分流墩尾部各分孔断面面积比例对各分孔间流量分配是否均匀起重要作用;整流段对水流调整起至关重要的作用,整流段长度应当足够长以调整因水流扩散而形成于扩散段末端顶部的回流。数值计算结果表明:出流工况在扩散段末端顶部产生回流,水流在扩散段水平扩散是形成回流的主要原因,回流区域随水平扩散角的增大而增大;整流段长度过短会导致孔口出流流速不均匀;孔口附近压强分布和静水压强分布基本相同;可以通过调整进/出水口分流墩尾部各分孔断面面积比例改善进/出水口分孔间流量分配不均匀问题;进水口开始出现吸气自由表面旋涡的淹没深度数值模拟结果与经验公式( Sc = CVd1/2)的判别结果一致。

关键词：抽水蓄能电站侧式进/出水口物理模型试验数值模拟

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抽水蓄能电站侧式进/出水口流量分配研究

抽水蓄能电站侧式进/出水口流量分配研究

作者：李岳东天津大学

学位级别：硕士

对于抽水蓄能电站侧式进/出水口流量分配,规范规定进/出水口相邻中边孔道的流量不均匀程度不超过10%,但实际工程设计难以达到此要求。国内外对侧式进/出水口流量分配有很多研究,但均未提出系统的解决方案。本文首先以某抽水蓄能电站上... 详细信息

对于抽水蓄能电站侧式进/出水口流量分配,规范规定进/出水口相邻中边孔道的流量不均匀程度不超过10%,但实际工程设计难以达到此要求。国内外对侧式进/出水口流量分配有很多研究,但均未提出系统的解决方案。本文首先以某抽水蓄能电站上水库侧式进/出水口为研究对象。利用三维k-ε紊流模型,对其进/出水口原体型进行了数值模拟与物理模型试验,数值模拟计算结果与物理模型试验结果吻合较好。其次,对进/出水口体型参数变化对流量分配的影响进行了数值模拟研究。重点研究了扩散段分流墩中边孔道宽度比、扩散段长度、扩散段分流墩中墩墩头位置等体型参数对各孔流量分配的影响。研究表明,对于4孔流道的侧式进/出水口,分流墩中边孔道宽度比、扩散段长度、中墩墩头较边墩墩头缩进距离对流量分配起决定性作用。当扩散段分流墩中孔宽为0.24D(D为隧洞段洞径)、边孔宽为0.26D,分流墩中边孔宽度比为0.24:0.26;扩散段长为5.7D;扩散段分流墩中墩墩头缩进距离为0.43D时,相邻中边孔流量不均匀程度将得到改善且接近10%。其他体型参数,例如圆变方渐变段长度,对相邻中边孔流量不均匀程度的改善作用较小。最后,为验证优化方法的可行性,以另一抽水蓄能电站上水库侧式进/出水口为研究对象,模拟计算了原体型与按优化方法优化后体型的流量分配。研究结果表明,优化体型进/出水口各孔流量分配有明显改善,相邻中边孔流量不均匀程度明显减小,验证了优化方法的可行性。

关键词：抽水蓄能电站侧式进/出水口流量分配数值模拟 k-ε紊流模型

清原水库侧式进/出水口水力特性影响因素研究

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清原水库侧式进/出水口水力特性影响因素研究

作者：毛长贵天津大学

学位级别：硕士

抽水蓄能电站在电力系统中具备削峰填谷、调频、调相、紧急事故备用等多种功能,是现代电力系统有效的、不可或缺的电力储能技术。进/出水口是抽水蓄能电站输水系统的重要组成部分,其设计水平直接关系到电站的安全和效益。本文以清原抽... 详细信息

抽水蓄能电站在电力系统中具备削峰填谷、调频、调相、紧急事故备用等多种功能,是现代电力系统有效的、不可或缺的电力储能技术。进/出水口是抽水蓄能电站输水系统的重要组成部分,其设计水平直接关系到电站的安全和效益。本文以清原抽水蓄能电站为依托,采用模型试验与数值模拟相结合的方法,研究侧式进/出水口的双向水力特性。建立了清原水库侧式进/出水口试验模型,试验研究了出流和进流工况下水头损失系数、流速分布及流量分配等水力特性,结果表明,设计方案各项水力特性符合水力学要求,但仍有进一步优化的空间。为了使进/出水口获得更优的水力特性,同时也为了对进/出水口水力特性的影响因素进行研究,建立了侧式/进出水口数值模型。对于数值模拟,首先采用网格收敛指数(GCI)对网格收敛性进行研究,评估了网格疏密带来的误差。然后将数值计算结果与模型试验结果进行比较,验证了数值模拟的合理性和可靠性。通过数值模拟的方法,首先研究了孔口高度变化对侧式进/出水口水力特性的影响。结果表明,在孔口高度H=8.7m.6m范围内,随着孔口高度的增大,出流和进流工况,水头损失系数和拦污栅断面流速不均匀系数均逐渐增大。之后保证进/出水口体型参数不变,研究了输水隧洞坡角对侧式进/出水口水力特性的影响。结果表明,在隧洞坡角θ=0.0°.0°范围内,出流工况,当隧洞坡角小于扩散段垂向扩散角时,随着隧洞坡角的增大,反向流速区的沿程范围、水头损失系数和拦污栅断面流速不均匀系数均逐渐减小;当隧洞坡角大于扩散段垂向扩散角时,随着隧洞坡角的增大,反向流速区的沿程范围、水头损失系数和拦污栅断面流速不均匀系数均逐渐增大;进流工况,各项水力特性基本不随隧洞坡角的变化而变化。

关键词：侧式进/出水口双向水流水力特性孔口高度隧洞坡角模型试验数值模拟

抽水蓄能电站上水库侧式进/出水口水力特性研究

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抽水蓄能电站上水库侧式进/出水口水力特性研究

作者：李广宁天津大学

学位级别：硕士

抽水蓄能电站运行灵活、可靠,除调峰填谷外,还适合承担调频、调相、事故备用等任务。目前,中国已建的抽水蓄能电站在各自的电网中都发挥了重要作用。近年来,随着电力需求不断增长,电力系统的调峰填谷的需求也越来越大,因此建设调峰填谷... 详细信息

抽水蓄能电站运行灵活、可靠,除调峰填谷外,还适合承担调频、调相、事故备用等任务。目前,中国已建的抽水蓄能电站在各自的电网中都发挥了重要作用。近年来,随着电力需求不断增长,电力系统的调峰填谷的需求也越来越大,因此建设调峰填谷和动态经济效益好的抽水蓄能电站很有必要。抽水蓄能电站进/出水口分为侧式与竖井式两种。在我国,侧式进/出水口应用较为广泛,竖井式进/出水口较少。本文利用k ??紊流模型对丰宁抽水蓄能电站上水库侧式进/出水口水力特性进行三维数值模拟研究。首先针对丰宁抽水蓄能电站上水库侧式进/出水口原设计方案（体型一和体型二）,利用三维k ??紊流模型,进行了抽水和发电典型工况下进/出水口的三维数值模拟。分析比较了两设计方案进/出水口的水头损失、流速分布以及各孔口的流量分配特点等水力特性。在原设计方案基础上,通过改变扩散段顶板纵向扩散角进行体型优化。计算结果表明,扩散段顶板纵向扩散角减小对抽水工况（出流）流态有改善作用。扩散段顶板纵向扩散角是影响水流不均匀系数和分离区域的主要原因之一。

关键词：抽水蓄能电站侧式进/出水口水头损失流量分配数值模拟

抽水蓄能电站侧式进/出水口设计研究及CFD模拟

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抽水蓄能电站侧式进/出水口设计研究及CFD模拟

作者：张新伟西华大学

学位级别：硕士

抽水蓄能电站的进/出水口兼顾进流和出流两种工况,还要适应水位变化频繁、变幅较大的特点,所以水力条件比较复杂,在电站的设计中具有举足轻重的地位.研究合理的进/出水口体型在工程中不仅能节约大量的资金,而且能改善整个输水系统的水... 详细信息

抽水蓄能电站的进/出水口兼顾进流和出流两种工况,还要适应水位变化频繁、变幅较大的特点,所以水力条件比较复杂,在电站的设计中具有举足轻重的地位.研究合理的进/出水口体型在工程中不仅能节约大量的资金,而且能改善整个输水系统的水力条件,会产生巨大的经济效益和社会效益。我国在侧式进/出口的体型设计中主要是根据国外已建工程的经验及模型试验来选择体型参数。从已有的研究资料看,国内外关于进/出水口体型的研究主要依赖于水工模型试验。随着计算机的发展,数值模拟得到了广泛的应用。以往水工建筑物设计基本上以模型试验为依据,不仅费时耗物,而且受比尺效应的影响,不能完全反映真实的紊流流动情况。相比之下,数值模拟具有花费少、适应能力强、能提供详细的流场资料、便于方案比较等优点。人们愈来愈重视运用数值模拟手段预测各种复杂的水流现象及流场的内部结构,国际上一些享有盛名的研究所也由过去的以模型试验为主要研究手段转化为以数值模拟为主要研究手段。本文在总结前人的研究成果的基础上,主要对抽水蓄能电站输水系统中的侧式进/出水口进行了研究和模拟,做的主要工作有:1.收集了大量的抽水蓄能电站的最新资料,对抽水蓄能电站的现状及发展、侧式进/出口的现状及发展、侧式进/出口及竖式进/出口的比较等进行了详细的论述。对侧式进/出水口的组成部分进行了分步研究。2.将抽水蓄能电站侧式进/出口概化为模型,利用标准κ-ε湍流方程,对发电工况下侧式进/出水口的扩散段、孔口、防涡粱底部的水流流动进行了二维数值模拟。对不同方案的双向水流进/出口的各项水力特性进行了比较、研究分析,重点是进/出口的体型及位置的变化对水流的影响,计算各种体型下的水头损失系数,初步确定了最优体型。为侧式进/出口的优化提供了可靠、详细的依据。3.为进一步研究发电工况进流时扩散段、孔口附近的流动特性,以及探讨发电工况下孔口处反向流速的成因。建立三维数值计算模型,重点对现在工程上常用的矩形防涡梁和阶梯式防涡梁的进/出水口进行了模拟,计算出了水口损失系数、流速不均匀系数、流道比、动水压强等,通过与模型试验数据的对比,推荐使用阶梯式防涡梁进/出水口。

关键词：抽水蓄能电站侧式进/出水口体型优化数值模拟紊流模型

抽水蓄能电站侧式进/出水口水力数值模拟方法适用性研究

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抽水蓄能电站侧式进/出水口水力数值模拟方法适用性研究

作者：陈昊天津大学

学位级别：硕士

随着我国电网容量不断增加,抽水蓄能电站凭借着电能回收效率高、响应迅速、使用寿命长的优势在电力调节中的作用越来越明显。侧式进/出水口作为电站输水系统的重要组成部分,直接影响着电站的安全及效益。近年来,随着理论和计算性能的不... 详细信息

随着我国电网容量不断增加,抽水蓄能电站凭借着电能回收效率高、响应迅速、使用寿命长的优势在电力调节中的作用越来越明显。侧式进/出水口作为电站输水系统的重要组成部分,直接影响着电站的安全及效益。近年来,随着理论和计算性能的不断发展,数值模拟成为侧式进/出水口水力特性研究的一种重要手段。侧式进/出水口内部水流属于湍流运动,且水流条件较复杂,因此数值模拟方法的选择对侧式进/出水口水力特性的数值模拟结果有所影响。本文采用多种湍流模型、网格尺度及壁面函数,对清原抽水蓄能电站下水库单体侧式进/出水口进行数值模拟,结合模型试验,研究各数值模拟方法的适用性。（1）采用声学多普勒流速仪（ADV）、激光粒子图像测速仪（PIV）等,对清原下水库侧式进/出水口单体模型进行试验测量。进流及出流工况下,进/出水口水头损失系数较合理,拦污栅断面流速分布较均匀,进/出水口内部发现存在低流速区。（2）采用标准k-ε、RSM、LES和DES四种湍流模型对清原下水库单体侧式进/出水口进行数值模拟。综合考虑计算准确性及计算用时,进流工况,四种湍流模型计算结果误差均较小,对孔口内部低流速区模拟效果较好,采用RSM模型计算效率较高;出流工况,LES模型计算准确性最高,RSM模型误差较小且用时相对较短,对孔口内部低流速区模拟效果较好,计算效率较高。（3）在采用RSM模型进行计算的基础上,对0.024H、0.018H、0.013H（H为孔口高度）三种网格尺度的模型进行数值模拟。进流及出流工况,对于水头损失系数、拦污栅断面平均流速和流速不均匀系数等水力特性参数,三种网格尺度的数值解已接近解析解,三种网格尺度对数值模拟结果影响较小,网格尺度为0.024H时已基本满足计算要求。（4）在采用RSM模型同时网格尺度为0.024H的基础上,分别采用标准壁面函数、可延展壁面函数和非平衡壁面函数对清原下水库单体侧式进/出水口进行数值模拟。综合考虑计算准确性及计算用时,非平衡壁面函数与其他两种壁面函数相比,在进流及出流工况计算准确性均较高,对孔口内部低流速区模拟效果较好。（5）结合模型试验,对比分析了多种湍流模型、网格尺度和壁面函数条件下清原单体侧式进/出水口的数值模拟精度和计算效率。结果表明,进流及出流工况,采用RSM模型、0.024H网格尺度及非平衡壁面函数时,数值模拟的计算准确性及效率较高。

关键词：抽水蓄能电站侧式进/出水口水力特性计算效率模型试验数值模拟方法

芝瑞抽水蓄能电站侧式进/出水口水力特性研究

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芝瑞抽水蓄能电站侧式进/出水口水力特性研究

作者：李建国天津大学

学位级别：硕士

抽水蓄能电站在电力系统中具备削峰填谷、调频、调相、紧急事故备用等多种功能,是现代电力系统有效的、不可或缺的调节工具。进/出水口是抽水蓄能电站输水系统的重要组成部分,其设计水平直接关系到电站的安全和效益。本文以芝瑞抽水蓄... 详细信息

抽水蓄能电站在电力系统中具备削峰填谷、调频、调相、紧急事故备用等多种功能,是现代电力系统有效的、不可或缺的调节工具。进/出水口是抽水蓄能电站输水系统的重要组成部分,其设计水平直接关系到电站的安全和效益。本文以芝瑞抽水蓄能电站为对象,研究侧式进/出水口的水力特性,并对进/出水口体型优化进行研究。(1)侧式进/出水口数学模型及验证。采用Realizable k-?模型对某下水库侧式进/出水口建立数学模型,并根据物理模型试验结果验证数值模拟的可靠性。(2)侧式进/出水口水力特性研究。针对芝瑞下水库侧式进/出水口设计体型水头损失系数偏大(1.87.95)、出流工况孔口内出现反向流速、孔口间流量分配不均匀(发电工况流量不均匀系数45.92%)等问题,分别对其进行流态优化和流量分配优化,得到一个各方面均较优的体型(流速不均匀系数1.52.60;发电工况流量不均匀系数16.92%,抽水工况流量不均匀系数8.68%),同时进一步研究该进/出水口体型进流工况是否形成漩涡。(3)进/出水口明渠段水力特性研究。为全面了解该进/出水口的水力特性,对明渠连接段开展了研究。研究工况包括多台机组同时抽水工况、多台机组同时发电工况,以及多台机组抽水和发电同时运行的组合工况。重点分析明渠内表面流态和是否形成贯穿水深的环流,综合评价进/出水口的水力特性。最不利工况中,环流区最大流速约0.20m/s,不会造成库岸冲刷。(4)侧式进/出水口体型优化研究。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。

关键词：侧式进/出水口明渠连接段双向水流体型优化环流多岛遗传算法