阻抗孔位置及直径对含长连接管调压室阻抗特性和三维流场影响研究

含长连接管的调压室可通过在连接管内设置小于其管径的阻抗孔来增强调压室的阻抗特性。为研究长连接内阻抗孔的位置及直径两种因子对此类调压室阻抗特性的影响规律,以水头损失系数和流量系数为优化目标,以位置和直径为优化变量,基于正交优化设计方法和CFD数值模拟软件,计算分析了各组合方案下的调压室阻抗系数和三维流场的变化规律。结果表明,阻抗孔前后水流湍流强度增幅明显,距离连接管两端端部越近,对调压室大井和管道系统内流场影响程度越大;当阻抗孔位于连接管顶部与调压室大井连接处,可最大程度发挥阻抗孔的阻抗效果,以阻抗孔与连接管管径比0.8为例,水头损失系数增幅约30%;连接管直径增大有效降低调压室局部流场压强最值浮动范围;阻抗孔位于靠近连接管顶部且不在大井连接处时,水流流出调压室时连接管及下游隧洞总体湍流强度较小,流场更稳定。

含长连接管的调压室流量系数改进研究

在水力过渡过程计算中,通常将含长连接管的调压室简化成常规阻抗式调压室,但当连接管长度较长时,常规阻抗式模型无法精确预测其涌波水位。因此,分析含长连接管调压室的水力特性及其与常规阻抗式调压室的流量系数差异,在阻抗式调压室模型基础上提出了改进流量系数的预测模型,并与真实的含长连接管调压室模型计算结果进行了对比,开展了连接管尺寸的敏感性研究。结果表明,采用常规阻抗式调压室模型模拟含长连接管调压室涌波水位极值时,因流入流量系数取值偏小(一般为0.6)、流出流量系数偏大(一般为0.8),涌浪极值均偏小;改进后的流量系数可计入长连接管的影响,基于阻抗式调压室改进流量系数模型能准确预测含长连接管调压室涌波水位极值。