NUMERICAL SIMULATIONS OF THE HYDRAULIC CHARACTERISTICS OF SIDE INLET/OUTLETS

The hydraulic characteristics at the side inlet/outlet of pumped storage plants is studied by numerical simulations,covering the flow distribution,head loss,vortex,and others.Based on the physical model test,the realizable k-εturbulence model is used in the 3-D simulation of the side inlet/outlet.A new scheme is suggested to obtain the uneven flow distribution over three branch orifices.The variation of the free surface with the reservoir water level under the pumped condition is simulated,with results consistent with the experimental results.

侧式进/出水口各孔道流量分配差异及影响因素

对于抽水蓄能电站侧式进/出水口各孔道流量分配,现有设计规范规定进/出水口相邻中边孔道的流量不均匀程度不宜超过10%,但实际工程设计难以达到此要求.本文以某抽水蓄能电站侧式进/出水口为例,通过优化进/出水口各体型参数,利用数值模拟方法研究各孔道流量等水力参数,重点分析分流墩布置对各孔道流量分配的影响及其规律,试图使进流工况和出流工况相邻中边孔道的流量不均匀程度均最小.研究表明,改变扩散段分流墩布置能有效改善流量不均匀程度.对于3墩4孔侧式进/出水口,相邻中边孔道的流量不均匀程度在出流工况下随中边孔宽度比增大而增大,在进流工况下随中边孔宽度比增大而减小;当中边孔宽度比增大且中墩后移距离减小时,出流工况和进流工况下的流量不均匀程度均减小.对于2墩3孔侧式进/出水口,相邻中边孔道的流量不均匀程度不论在出流工况下还是在进流工况下,均随中边孔宽度比增大呈先减小后增大的规律.优化后的3墩4孔侧式进/出水口的中边孔宽度比取0.228∶0.272,中墩后移距离取0.36D(D为隧洞直径),其相邻中边孔道的流量不均匀程度均较优,在出流工况下为18.47%~19.43%,在进流工况下为19.82%~19.83%;优化后的2墩3孔侧式进/出水口的中边孔宽度比取0.310∶0.345,其相邻中边孔道的流量不均匀程度均较优,在出流工况下为19.47%~19.63%,在进流工况下为18.66%~18.67%.相邻中边孔道的流量不均匀程度较难满足不宜超过10%的设计规范要求.研究成果将有助于《抽水蓄能电站设计规范》中关于进/出水口水力指标要求的完善.

侧式进/出水口水头损失系数多元线性回归分析

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。

侧式进 出水口顶板扩张角对拦污栅断面流速分布影响规律研究

抽水蓄能电站侧式进出水口双向过流,其顶板扩张角的大小将直接影响拦污栅断面流速分布是否均匀,甚至出现反向流速。抽水蓄能电站设计规范将3°~5°作为侧式进出水口顶板扩张角的推荐范围,其依据是矩形渐扩管阻力系数最小的扩张角度,但侧式进出水口体型较之复杂很多,因此有必要进一步探讨。本文以某侧式进出水口体型为研究对象,采用数值模拟方法,研究了11种角度的顶板扩张角对出流工况和进流工况拦污栅断面流速分布的影响。结果表明:在出流工况下,随着顶板扩张角的增大,中孔拦污栅断面的主流位置由居中部逐渐向底部降低,断面流速分布由上下基本对称趋于底部大上部小的上下不对称,当顶板扩张角较大时中孔拦污栅断面上部出现反向流速;随着顶板扩张角的增大,边孔拦污栅断面流速分布由基本均匀逐渐变为底部大上部小的不均匀分布;随着顶板扩张角的增大,中、边孔孔口流速不均匀系数均逐渐增大,但中孔拦污栅断面流速分布受顶板扩张角影响更大。在进流工况下,随着顶板扩张角的增大,中、边孔拦污栅断面流速分布及孔口流速不均匀系数均无明显影响。研究成果可为优化侧式进出水口设计提供指导。

双侧堰周进周出辐流二沉池工艺设计要点

湖光污水处理厂为湛江市重要市政基础设施之一,设计近期规模2.5×10^(4)m^(3)/d,远期规模5.0×10^(4)m^(3)/d,采用AAO+AO/双侧堰周进周出辐流二沉池/深度处理工艺。双侧堰周进周出辐流二沉池作为一种特殊形式的辐流二沉池,具有表面负荷高、水力停留时间长、利于固液分离、用地节约等特点,介绍了其主要设计参数及总体布置形式、上下游衔接方式、双侧堰出水方式等,该池布水均匀、运行稳定。本工程用地面积为建设标准的77%,实现了节约土地和节省投资的目标。

调整段长度对侧式进/出水口水力特性的影响研究

调整段在抽水蓄能电站侧式进/出水口中起过渡水流作用,合理的调整段长度既可以减小工程投资,又可以改善进/出水口的水力特性。该文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,探究调整段长度对进/出水口水力特性的影响。研究表明:调整段仅对出流工况下进/出水口拦污栅断面流速分布有影响,一定长度的调整段可以改善拦污栅断面流速的均匀性;当调整段长度大于0.2倍扩散段长度时,拦污栅断面流速不均匀系数满足要求。

抽水蓄能电站侧式进/出水口内部流动规律研究

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。

平面转弯有压输水隧洞对进/出水口水力特性影响研究

受地形、地质等条件的限制,与抽水蓄能电站侧式进/出水口衔接的输水隧洞会存在平面转弯段.当输水隧洞的平面转弯段距进/出水口较近时,转弯角度、转弯半径R以及转弯后直隧洞长度L等参数对出流工况下进/出水口水力特性有着重要影响.平面转弯输水隧洞转弯段若布置不当,出流工况水流进入进/出水口时可能会出现偏流现象,直接影响进/出水口流量分配,然而目前缺乏平面转弯输水隧洞各参数的设计建议值.以抚宁抽水蓄能电站侧式进/出水口为研究对象,通过数值模拟的方法研究了平面转弯有压输水隧洞对进/出水口出流水力特性的影响并进行了偏流成因分析.结果表明:对于设计合理的进/出水口体型,平面转弯有压输水隧洞转弯段若布置不当,水流在进入转弯段后会形成二次流,导致转弯段后隧洞横断面流速分布不均匀,转弯段外侧流速大于内侧,进/出水口会产生偏流现象,直接影响各孔口流量分配;转弯角度的增加会使各孔口流量分配越不均匀;R和L的增加能有效改善进入进/出水口时的水流条件;当R≥30.0D(D为输水隧洞洞径)同时保证L≥10D时,或L≥40D时,水流进入进/出水口时的偏流现象可以得到有效改善.研究成果可为抽水蓄能电站侧式进/出水口连接隧洞的平面转弯布置提供设计依据.

侧向进水泵站前池流动特性及调控措施分析

为解决江苏省扬州市施桥泵站侧向进水前池大范围回流的问题,以施桥翻水站进水建筑物为研究对象,基于雷诺时均N-S方程和RNG k-ε模型,采用CFD软件对侧向进水前池和进水池进行联合数值计算,分析了不同整流措施时前池和进水池的流动特性,提出了若干整流措施并定量分析了流态调控效果,结果表明:无整流措施时,侧向进水泵站2号和6号进水池流态较为紊乱,流线分布不均;通过3个方案整流措施分析,在前池增设底坎时进水池流线分布均匀,流速分布合理,且各水泵机组的进水池进口特征断面轴向流速分布均匀度平均提高了约30%,整流效果显著。研究成果可为类似泵站工程流态改善提供参考。

扩散段长度对侧式进/出水口水力特性的影响

以某上水库无调整段侧式进/出水口为研究对象,采用雷诺应力湍流模型探究了扩散段长度对进/出水口水力特性的影响规律,并从水力学的角度给出了扩散段长度建议值。结果表明:扩散段长度对侧式进/出水口水流运动存在显著影响,扩散段不宜过长或过短;对于进/出水口沿程流速分布,只有在抽水工况下扩散段长度才会对其产生影响,发电工况下基本不存在影响;对于水头损失、各孔口流量配比等其他水力指标,扩散段长度在双向过流时均会对其产生较大影响,随着扩散段长度的增加,各水力指标均先变好再变差;对于无调整段侧式进/出水口体型,当扩散段长度为隧洞直径的5.7~6.0倍时,各水力指标满足规范要求;当扩散段长度为隧洞直径的5.8倍时,进/出水口水力特性得到较大改善,且具有较好的水流流态。

基于联接式通道的厢式货车减阻性能仿真研究

为降低厢式货车行驶时的气动阻力并且避免过量改变现有车辆形状和尺寸,提出将厢式货车侧面和尾部联接起来的通道式减阻方式。采用计算流体动力学方法,通过探究联接式通道的基本参数(如进出口形状、位置、尺寸大小和通道内部弯曲形状)对厢式货车减阻效果的影响,最终得到一个最优的联接式通道减阻模型:该通道模型进出口形状为四边形,位置在侧面进风口距离尾部36 mm和尾部出风口距离侧面39 mm处,进出风口尺寸相同,通道内部形状为直线形,模型的气动阻力系数为0.4942;并探究了新型减阻方式在侧风环境下的减阻效果。研究表明:与原始模型相比,提出的通道式模型减阻方式无侧风下的气动阻力系数减小率为2.62%,有侧风下平均气动阻力系数减小率为3.47%。通道式减阻能够通过将侧面的气流引入到车辆尾部,改善尾部的涡流状态,达到降低车辆行驶时气动阻力的目的。该新型联接式通道减阻方式为今后厢式货车气动减阻研究提供了新的减阻方法。

惠州抽水蓄能电站上库进出水口水力学模型试验

通过物理模型试验,测试了发电和抽水两种工况下惠州抽水蓄能电站上库进出水口的流速分布、各通道流量分配、进出水口水头损失及入流漩涡等水力参数,并对库盆流态进行了观测.试验结果表明,惠州抽水蓄能电站上库进出水口及引水隧洞的体型布置是基本合理的,可供其他类似工程初步设计时参考.

侧式进／出水口水流运动三维数值模拟

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．

三维数值模拟在泵站侧向进水前池的应用

泵站布置形式因进水方式不同通常分为正向和侧向两种进水方式,侧向进水时前池来流方向和前池中的主流方向存在夹角,此时由于弯道水流的运动特性,侧向进水前池容易产生主流脱壁、回流和漩涡等不良流态,难以形成良好的水泵进水条件,影响机组的安全运行。针对古德洛尔电厂一期侧向进水泵站前池,采用RNGκ-ε双方程紊流模型封闭雷诺平均的N-S方程,利用SIMPLEC算法对泵站前池及部分引水明渠水流流场进行三维数值模拟,对比分析设计方案修改前后前池水流的流速、涡量、水面线等水力参量分布特性,并以典型断面流速分布均匀度为目标函数分析整流措施前后前池内流速分布均匀度变化,验证了增加合理的整流措施可以有效改善前池流态。

水温水量对水源热泵制热性能的影响

水源热泵利用少量高品位能源实现低温热能向高温热能的转移,具有较好的节能效果。水源热泵水源侧和用户侧的进水温度、水流量对其制热性能有较大的影响。为了使低温热能最大化的转化为高温热能,在制热工况下通过试验对影响水源热泵制热性能的因素进行研究,得出通过提高水源侧进水温度、降低用户侧进水温度、增大两侧水流量来提高系统的制热性能,为水源热泵的高性能运行和应用提供参考。

侧向进水泵站前池整流技术研究综述

针对侧向进水泵站前池水流流态的改善问题,概括了当前侧向进水泵站前池整流技术在流动特征、研究方法和整流措施等方面的研究进展,指出还需要在旋涡生成机理、比尺效应、配水孔整流方式和实际工程优化设计方法等方面进行进一步的研究。

侧式进/出水口及邻近围堰环流消除优化研究

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。

反坡段对侧式进/出水口水力特性影响研究

对于抽水蓄能电站侧式进/出水口,因进/出水口底高程低于库底高程,进/出水口与库区设反坡明渠连接,反坡坡比的大小将影响进出水口水力特性。目前缺乏反坡坡比建议值指导进/出水口设计,本文通过数值模拟研究了6种不同坡比1:1~1:6对进出水口水力特性的影响。结果表明,对于进/出水口水头损失系数、拦污栅断面流速分布只有在进流工况下坡比对两者存在一定影响。对于进/出水口流态,进流工况,各坡比在进/出水口内部调整段上方均形成了一定高度的回流区,坡比越小,回流区面积比也越小,当坡比小于1:3时,明渠反坡段未出现回流。出流工况,各坡比中、边孔均在反坡段上方出现回流现象,边孔回流区长度模数大于中孔,并且坡比越小,回流区长度模数越大。同时随着坡比由1:1到1:6逐渐减小,平台段水流向库区扩散更加均匀。反坡坡比范围在1:3~1:4时,进/出水口可以获得较好的水力特性。

侧向引水及进水泵站进水流态CFD模拟分析与优化

应用realizable k-ε紊流模型与SIMPLEC算法,对某侧向引水及进水泵站进水侧水流流场进行数值模拟和流动分析,分析表明,该泵站的进水侧水流具有弯道水流特点,数值模拟结果与理论分析结论相吻合。根据该类泵站进水侧水流流场特点,提出采用导流栅作为水力优化途径,并以泵站进水断面处动量分布和进水池断面平均流速均匀度为评判依据,对不同的导流栅整流方案的水力优化效果进行数值模拟研究。成果表明,设置导流栅对泵站引水段的动量分布具有明显的调整作用,泵站进水断面的流速分布与引水段动量分配均匀度有关。适宜尺寸的导流栅可以有效减弱引水段的进水环流作用,使水流在转向后纵向流速较快地恢复正常分布,从而进一步提高泵站进水池流量分配的均匀度。

侧向进水城市排水泵站配水池水力优化设计

针对侧向进水泵站前池中容易出现流态紊乱、各水泵机组来流不均的问题,利用计算流体力学(CFD)对设置配水池后的前池三维流场进行了数值模拟,研究了配水池的进口跌坎高度、底部结构形式和宽度对配水效果的影响,通过比较给出了优化设计参数。结果表明,配水池设计参数的优化可以显著提高其配水效果,为各水泵机组提供比较接近的来流条件,有助于提高泵站的整体运行性能。