水电站水击与调压室涌浪随机分析研究进展

综述水电站水击与调压室涌浪随机分析的研究现状、最新进展、需进一步研究的问题与可采用的研究方法。认为水电站水击压力与调压室水位波动过程是以时间为参数的随机过程，对其进行随机分析，对结构可靠度设计尤为重要。目前应对有关影响因素的随机特性进行实地调查与统计分析，并在此基础上建立水击与调压室涌浪随机分析数学模型；针对分项系数极限状态结构设计的要求，采用适宜的随机分析方法（如ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ数值模拟方法）得出水击压力与调压室涌浪极值的概率分布特性，为结构可靠度分析提供荷载概率依据。

CFD在调压室涌浪水位模拟中的应用

对某水电站的尾水隧洞及下游调压室过渡过程中的非恒定流流态进行三维数值模拟,着重观测调压室内涌浪波动及调压室内底板压差变化过程。采用3种湍流模型对下游调压室及尾水隧洞进行了模拟,将调压室涌浪波动过程与调压室底板压差变化过程的三维计算结果与物理模型实验、一维数值计算的相应结果予以对比分析,阐明了不同湍流模型对过渡过程模拟的影响。结合三维模拟能捕捉流场内部流态的优势,探讨了涌浪波动过程中调压室水面波动过程及水流流态。

随机分析方法及其在水击和调压室涌浪中的研究进展

介绍了随机分析方法在水利工程中的应用,包括工程上建立随机模型的方法和对模型的求解研究。综述了1997年以后水电站水击与调压室涌浪随机分析的现状、新的研究方法和研究成果。主要研究成果有:证明了调压室涌浪随机模型存在唯一的均方解;推导出了水头损失和最大相对涌浪值的密度函数计算公式;求解了调压室涌浪解过程的联合密度函数和简单水力系统的水头均值过程等。针对研究现状,提出了水电站水击与调压室涌浪随机分析的3点建议。

下会坑水电站调压室涌浪模型试验

简要介绍下会坑水电站调压室涌浪模型试验，根据试验成果提出该电站低水位时的安全运行方式，可供水电站有压引水系统变态模型试验及有压引水式水电站设计。

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.

水电站尾水管水击与尾水调压室涌波联合计算

糯扎渡水电站的最大工作水头为215m,安装了9台机组;其尾水系统采用3台机共用一个调压室和一条尾水隧洞的布置方式,无工程设计经验借鉴,应进行水击和调压室涌浪的研究.为此,采用特征线法,以尾水支洞与调压室连接处的压力为纽带,对该水电站尾水管水击和调压室涌浪进行了联合求解,模拟了典型工况尾水管的水击时间过程和调压室涌浪时间过程,得出了尾水管的最大水击压力和其发生的位置,以及调压室的最低涌浪水位.数值计算结果与试验结果基本吻合.尾水位在最低和正常水位之间变动,突甩负荷时,尾水系统不会产生真空;调压室最低涌浪水位高于设计所要求的最低涌浪水位,说明该尾水系统的设计是合理的.

长引水道系统调压室体型与导叶关闭规律优化

针对水电站长引水道系统机组导叶的关闭规律,根据涌浪压力及水锤压力的不同性质,提出了合理统筹调压室断面面积、阻抗孔口尺寸、关闭时间三者的优化方案。同时指出在可研阶段优化导叶关闭规律存在较多的不确定性因素,还应结合关闭规律的敏感性分析以得到一个鲁棒性较好的关闭规律。

水电站尾水调压室断面面积敏感性分析研究

基于瞬变流理论,采用弹性水锤特征线法,建立合理的边界条件,对有较长尾水隧洞的水电站调压室断面面积变化敏感性进行数值模拟分析,重点研究尾水调压室的断面面积对大波动工况下的调压室水位波动、机组最大转速升高率、蜗壳末端压力变化和水力干扰工况下对水电站机组出力摆动的影响。对同一特征工况,在大波动下,调压室断面直径为28 m,即断面面积为615.752 m2时,调压室最低涌浪水位达到2 218.97 m,蜗壳末端最大压力达到269.17 m(压力升高24.48%),机组转速最大上升率达到42.19%,满足调节保证计算要求。水力干扰工况下,并入同一电网时,随着调压室断面面积增加,机组出力摆动减小,对于大电网而言,出力摆动相对差值变化较小,两台机组甩负荷时,受扰机组出力摆动相对差值相差0.08%,一台机组甩负荷时,受扰机组出力摆动相对差值相差0.03%。综合考虑计算结果及调压室的工程经济性,推荐本电站调压室断面面积取615.752 m^2。

调压室连接管尺寸对水位波动和水击压力的影响分析

由于调压室涌浪和水击压力受连接管尺寸影响较大,针对水库—调压室—阀门引水系统,推导了计入连接管长度与直径情况下阀门瞬间关闭时调压室波动的解析公式,利用特征线法计入斜坡项进行数值计算,验证了公式推导结果,并分析了不同连接管长度和直径下调压室水位波动幅值、周期和阀门端水击压力上升值的变化规律。对比分析结果表明,在管径较小时调压室涌浪相对值随连接管长度变化较快;连接管长一定时,阀门端水击压力在某一管径比下上升较快,应加以重视。

组合式差动调压室差动孔敏感性分析

针对带有连接管、竖井和差动上室的组合式差动调压室,结合某长引水式电站工程实例进行仿真计算,研究差动孔流量系数组合对调压室工作性能及有压引水系统的影响。通过对调压室涌浪变化过程、机组转速升高率及蜗壳末端压力计算成果的分析,得出只有在合适的差动孔流量系数组合下,才能充分发挥上室和升管的作用,进而提高调压室的工作性能。其结论对进一步研究该组合式差动调压室水力过渡过程具有一定实际意义,对推进该型式调压室在实际工程中的应用具有积极作用。

基于水锤—调压室联合计算的阻抗系数选择研究

采用四种不同的方法确定阻抗式调压室局部水头损失系数,利用水锤—调压室联合计算分析了阻抗式调压室局部水头损失特性的表达方式对调压室涌浪以及调压室底部节点压力计算精度的影响。结果表明,对于重要工程,在实际过渡过程计算中除了按四种确定阻抗系数的方法进行调压室涌浪计算外,应尽可能地辅以调压室模型试验来具体确定调压室的局部阻抗系数。

气垫调压室与减压阀联合防护下的减压阀优化

以刚性水锤的状态空间法和弹性水锤的特征线方法为理论基础,针对气垫调压室与减压阀联合防护下减压阀对气垫调压室和机组参数的影响问题开展数值模拟。以某运行中的水电站为例,对其输水系统中不同减压阀的参数实施相关优化,在对优化结果进行分析、研究的基础上,通过总结得出了减压阀阀径的选取原则,即阀径不宜过大,也不宜过小;最优减压阀直径应当能保证机组导叶在关闭时产生的蜗壳末端最大压力近似地等于减压阀在关阀时所产生的阀前最大压力。运行实践表明,机组关阀的时间应当能在降低压力的同时又能够保证关闭时间不能太长,以免造成水资源的浪费。

水电站长引水道系统导叶折线关闭规律的优化

在长引水道系统中,由于水流惯性大,调压室水位波动周期长、衰减慢且振幅大,导致蜗壳进口最大压力受水锤压力与调压室涌浪压力两方面控制,后者主要受调压室体型控制,故水电站长引水道系统应结合调压室体型优化进行机组导叶关闭规律的优化。对水电站长引水道系统进行机组导叶关闭规律优化时,考虑到调压室涌浪对蜗壳进口最大压力的影响,在选择直线关闭规律时应对涌入调压室的流量及通过机组导叶的流量进行合理分配,在此基础上进行两段折线关闭规律的优化,根据两种关闭规律下通过机组导叶的流量相等可计算出第2段折线的斜率,这样只需对折点及第1段折线的斜率进行试算,减小了试算工作量。

混合式抽水蓄能电站过渡过程研究

为了适应电网发展的需求,具备一定地形地质条件的常规水电站可考虑通过增装蓄能机组扩建成混合式抽水蓄能电站。针对共用引水系统的常规机组和蓄能机组实际运行特点,基于特征线法和瞬变流理论,建立了水力过渡过程计算模型,并结合工程实例模拟了混合式抽水蓄能电站可能发生的多种过渡过程工况,确定了合理的蓄能机组的关闭规律,复核了已建调压室的稳定性。结果表明,通过对新增蓄能机组导叶启闭规律的独立调控,一定程度上可维持混合式抽水蓄能电站输水发电系统的安全稳定,避免增设调节保证设施;蓄能机组导叶关闭时间延长,在降低自身蜗壳末端最大压力的同时,可抑制常规机组甩负荷后的蜗壳末端压力及最大转速上升;对于既有调保措施威胁最大的相继增负荷工况,引用流量较大的常规机组优先增负荷比引用流量较小的蓄能机组优先增负荷引起的调压室最低涌浪值更高,更有利于调压室的稳定运行。