基于CFD方法的阻抗式调压室阻抗系数研究

运用CFD的方法对T型分岔管和有连接管的阻抗式调压室模型进行了数值模拟。经比较得出,数值模拟计算所得的调压室阻抗系数与模型试验得到的经验值基本一致,表明CFD方法可以运用于调压室设计。通过对比研究发现调压室连接管的长短只影响调压室沿程阻力损失,与局部阻力损失并没有关系。     

一种新型阻尼阻抗式调压室实验研究

在传统阻抗式调压室的基础上,提出了一种新型阻尼阻抗式调压室,介绍了阻尼阻抗式调压室的结构特点与工作原理。采用模型试验的方法分析比较了传统阻抗式调压室和新型阻尼阻抗式调压室的水力性能。实验结果显示,对比传统阻抗式调压室,新型阻尼阻抗调压室能够在增加少量压力管道水锤压力的情况下,极大降低机组甩负荷后的调压室最高和最低涌浪水位波动振幅,并能使得调压室的水位波动快速衰减稳定,可以较多降低调压室的设计高度,提高了调压室的运行稳定性和经济性。     

不同形状阻抗孔口的阻抗系数研究

结合云南漫湾水电站，利用最新的CFD（Computational Fluid Dynamics）技术分析了阻抗式调压室阻抗孔口的形式对阻抗系数的影响。计算结果表明阻抗损失系数不是常数，它随着分（汇）流比的变化而变化，当分（汇）流比增加时，通过孔口的流量增加相应的水头损失的值也增加。在各流态下3种阻抗孔的阻抗系数与分流比的二次曲线图几乎重合在一起，这说明了阻抗孔口的形式对相应阻抗系数大小的影响不大。分流情况下的水头损失比汇流情况下的水头损失要大。     

尾水管长度对调压室阻抗孔尺寸影响研究

尾水调压室是具有长有压尾水管道水电站的重要水工建筑物,其布置形式主要为阻抗式,选择合理的阻抗孔口尺寸对于充分发挥调压室水力性能具有重要的意义。根据调压室规范给定的阻抗式调压室阻抗孔尺寸的选择准则,采用特征线法结合FORTRAN语言编写程序,模拟并分析了不同尾水隧洞长度对尾水调压室阻抗孔尺寸选择的影响。结果表明:在一定范围内,尾水调压室下游的有压管线长度越长,隧洞水压力会有所增加,尾水调压室水位波动也会加强,而尾水进口到尾水调压室的距离影响不大。当尾水道总长度一定时,尾调越接近下库,所需阻抗孔尺寸越大。结论对工程实际具有一定指导意义。     

调压室参数对水力干扰下机组调节品质的影响分析

水力干扰发生在一管多机布置形式的电站中,是介于大波动和小波动之间的一种特殊过渡过程。为了研究调压室参数对水力干扰工况下机组调节品质的影响,选择两种典型水力干扰工况,并针对不同调压室参数组合和两种不同调节模式进行数值计算分析,结果表明:阻抗孔面积对水力干扰工况下正常运行机组调节品质影响较大,当选择合适的阻抗孔直径时可以使得正常运行机组最大出力摆动较小的同时又能在较短时间内恢复稳定状态;调压室大井面积较大时可以使得受扰机组在较短时间内恢复稳定运行状态;阻抗孔流量系数对水力干扰工况下正常运行机组调节品质影响较小。     

对大花水水电站水击计算方法的思

在大花水水电站过渡过程计算中，考虑到调压室直径、阻抗孔面积、阻抗系数等因素对水击压力的影响，分别用常规方法和考虑各种影响两种方法计算水击压力，提出了调压室对水击波不完全反射时的水击压力计算方法；并对两种方法的计算结果进行了对比，说明对阻抗式调压室按不完全反射水击波的水击压力计算方法计算出的水击压力更符合实际情况。     

轴伸式出水流道内流场数值模拟分析

为了探讨在导叶出口剩余环量影响下轴伸式出水流道的水力性能,对不同水力模型及不同叶片安放角下的后置轴伸式泵装置采用全结构化网格进行了数值模拟计算,并与实验结果对比验证模拟结果的可信度。对轴伸式出水流道的水力性能进行了分析,发现轴伸出水流道内部流态受导叶出口剩余环量的影响较大,尤其是对小流量工况。水力损失系数不再是某一常数,而是受流态分布相关的一变量。通过对比不同叶片安放角及不同比转数叶轮的出水流道进口断面平均涡角与水力损失系数关系发现,轴伸式出水流道的水力损失系数与进口断面的平均涡角存在一最优值,本次模拟计算下2副叶轮的最优平均涡角4°~5.3°下的水力损失系数为1.62×10~(-4)m·s~2/L~2。通过分析静压与总压沿流线方向的变化趋势明确了小流量工况下环量是引起水力损失的原因,而在大流量工况下流量是引起水力损失的主要原因。     

组合工况下的调压室最高涌浪计算

具有调压室的长引水发电系统运行工况复杂,组合工况下调压室涌浪幅值往往大于常规工况。从调压室基本微分方程出发,利用非线性振动渐进法理论,结合已有甩负荷涌浪计算的显式公式,推导了阻抗式调压室在先增后甩组合工况下最高涌浪的计算显式公式。该公式不仅具有较高精度,而且形式简单,便于工程应用。     

泵站肘型进水流道模型试验研究

根据泵站要求设计了一种新型结构的肘型进水流道,按欧拉相似准则进行模型试验,试验装置采用开敞式进水前池,流道进口不带泵,采用在试验管道上增设循环泵提供所需流量。分别进行了水力损失、流动轨迹和水面漩涡试验,最大流量工况点模型试验的水力损失为0.059mm。经相似换算,得到实型流道的水力损失为0.059 m,损失较小。流动轨迹的模型试验显示流态曲线光滑,没有突变、脱流、涡带等局部损失等现象发生。最低运行水位、最大流量工况下对进水池水面漩涡试验,显示出现了2型水面漩涡,不会对循环水泵产生不良影响。试验结果表明,该肘型进水流道综合性能优良。     

南水北调工程保水堰水力特性研究

南水北调天津干线采用分段低压输水方式后，保水堰作为有压管道中的衔接性水工建筑物，结构独特，流态复杂，在输水系统中起着关键作用。本文通过保水堰的水工模型试验和数值模拟，得到了保水堰的水力特性，即保水堰的局部水头损失系数、流量系数和水流流态随着水位而变化的规律，其成果对长距离调水水力计算和工程设计有重要的意义。     

多级离心泵环形吸水室水力设计优化与数值计算

根据某多级离心泵设计要求,按环形吸水室水力设计方法,设计8种几何参数不同的吸水室设计方案。采用Pro/E软件对吸水室进行三维造型,采用非结构化进行四面体网格划分,采用标准k-ε湍流模型进行数值计算。计算结果表明,水力损失随流量的增大而增大,吸水室进口直径D进对吸水室收缩段流态影响显著。小流量时,8种方案的水力损失差别不大,而大流量时,8种方案的水力损失差异较大。在大流量工况,进口直径越大,则水力损失越小;出口直径越小,则水力损失越大,但影响的效果不明显;环形空间采用弧形结构是降低水力损失的一种有效措施。因此,在选择最优设计方案时,应结合水力和结构两方面因素加以综合考虑。     

闭式泵控三腔液压缸驱动装载机举升装置特性研究

装载机是一种频繁装卸货物的工程机械,在工作过程中其举升装置及其负载存在大量的重力势能,为回收利用这部分能量,提出闭式泵控三腔液压缸的装载机举升装置。将原有动臂非对称两腔液压缸改为对称液压缸,增加一个势能回收腔,并与蓄能器相连,直接回收与利用重力势能。闭式泵控液压系统通过伺服电机-定量泵驱动三腔液压缸,消除液压系统的节流和溢流损失,并通过采用速度-位置复合闭环控制策略提高举升装置的响应特性。首先对闭式泵控三腔液压缸举升装置工作原理进行分析,搭建其数学模型,并设计相应控制策略;然后构建该装置的多学科机电液联合仿真模型,并验证其可行性;最后构建该装置的试验测试平台,进一步分析其工作与能耗特性。试验结果表明,与无蓄能器参与工作的闭式泵控系统相比,采用该系统,液压缸的平均工作压力由10 MPa降为6 MPa,一个工作周期内系统能耗降低21. 2%;较原有阀控非对称液压缸系统,空载、半载和满载工况下能耗分别降低22. 7%、20. 9%和21. 5%。     

T形三通管计算模型对尾水进口压力和调压室涌浪的影响

针对含尾水调压室的抽水蓄能电站,以特征线法和瞬变流理论为理论基础,在考虑尾水调压室长连接管水体惯性作用及管壁弹性的基础上,在T形三通管节点处分别建立了基于恒定局部水头损失系数、Gardel公式、试验资料的3种计算模型.结合工程实例,应用T形三通管节点处的3种计算模型对水电站的过渡过程进行了数值模拟;采用Gardel公式和试验资料,计算了过渡过程中不同时刻点的局部水头损失系数,研究了不同计算模型对尾水进口压力水头和涌浪水位的影响.结果表明:基于恒定局部水头损失系数的计算模型其阻抗作用最小,对应的尾水进口最小压力和最高涌浪最大;基于试验资料的计算模型其阻抗作用最大,对应的尾水进口最小压力和最高涌浪最小;基于Gardel公式的计算模型次之.     

潜水电泵系统水力过渡过程分析

针对跃龙潜水电排站点新型结构特点,建立了相应的拍门及简单调压塔边界条件的数学模型,运用特征线法对潜水电泵系统进行了停泵水力过渡过程分析,结果表明泵站选型、结构设计合理,运行可靠安全。     

Flowmaster在泵站过渡过程分析中的应用

讨论了利用Flowmaster进行泵站水力过渡过程计算的技术要点,给出了管道、泵组、阀门、空气阀等元件的建模过程,研究了Flowmaster所没有提供的隧洞、调压井等元件的建模方法.通过引入压力修正系数,实现了基于管道模型的隧洞建模.通过修改有限面积水库模型,并组合流入流出系数,实现了调压井建模.结合国内某泵站,采用上述模型进行了过渡过程计算,获得了各工况下管道和隧洞水压力变化情况.针对断电工况的倒流和启动工况的负压,探讨了泵后阀门关闭规律和空气阀布置方案,使倒流得以控制,负压得以消除.     

长管道输水系统停泵水力过渡过程分析与防护

阐述了长管道输水系统停泵水力过渡过程的特点,结合工程实例,建立了泵出口阀关闭程序的优化模型,并采用遗传算法对模型进行了求解.应用特征线法对事故停泵后的水力过渡过程进行了计算分析,对空气阀和单向调压塔的防护效果进行了数值模拟和比较,提出了相应的水锤防护措施.     

基于TVD格式数值模拟带调压室的水击过程

调调压室通常用来解决水电站的水击问题,准确数值模拟其过程十分重要。近年来计算流体力学热衷于用TVD格式数值模拟各种激波,水击波也属于一种激波。本文将水击方程与涌波方程联合计算,采用 Harten经典修正通量TVD差分格式,结合水击模型上游动边界以及初始条件,数值模拟带调压室的水电站压力管道的水击过程。通过对上游带调压室水击工程实例计算表明,本文方法能有效的模拟其水力过渡过程,比经典差分一阶Lax-Friedrichs格式和二阶MacCormark格式更能准确地捕捉水击波,计算精度显著提高,为水击计算提供新方法。