【摘要】：前池是處于引水渠道與壓力管道之間的中間構(gòu)筑物,是連接兩者的重要媒介,通常具有重新分配調(diào)節(jié)水流量、穩(wěn)定水流以減少水頭沖擊、截留水中固體懸浮物等重要作用,是引水式水電站中不可或缺的一部分。在早期的引水式水電站的建設(shè)中,通常因為受水電站地理位置、當(dāng)時施工技術(shù)、前池基礎(chǔ)研究廣度等的限制因素導(dǎo)致前池的設(shè)計不夠合理,同時伴隨著后期的維護力度不夠,致使不少的引水式水電站的前池中往往存在池內(nèi)水流狀態(tài)紊亂、柱狀游渦明顯、水面橫比降等問題,使得機組出力不勻,對水電站的安全和經(jīng)濟運行產(chǎn)生較大影響。因此,采取必要的整流措施改善前池中水流流態(tài)對水電站運行效果的改善具有較為重要的意義,同時也可為其他同類型水電站提供一定的參考。針對前池流態(tài)紊亂導(dǎo)致機組出力不均勻情況,作者以雅安市天全縣境內(nèi)某水電站為研究對象,從數(shù)值模擬出發(fā),結(jié)合模型試驗對前池內(nèi)部流場進(jìn)行研究,提出了改善機組出力不均的一種整流措施。論文主要內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)根據(jù)水電站現(xiàn)場整體布局、機組運行狀況的實況調(diào)查結(jié)果對機組出力不均的原因進(jìn)行理論分析。理論分析初步得出電站四臺機組出力不均是由于機組流量分配不均,即影響水輪機出力的主要因素為過機流量,那么均勻流量就可以適當(dāng)改善出力現(xiàn)狀。(2)通過數(shù)值模擬確定最佳湍流計算模型。采用RNG、Realizable兩種湍流模型在CFD軟件平臺上對原始前池進(jìn)行數(shù)值模擬,并將其數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場電站前池實際運行情況進(jìn)行比對分析,從而確定最佳湍流計算模型。比對結(jié)果表明,RNG k-?湍流模型與本水電站前池真實運行情況的貼合度更高。(3)利用RNG k-?湍流模型對整流措施進(jìn)行數(shù)值模擬計算。計算結(jié)果表明,當(dāng)在前池中增設(shè)導(dǎo)流墻進(jìn)行整流時,導(dǎo)流墻對前池流量分配不均勻情況并無明顯改善作用;而底坎整流措施對前池流量分配不均勻情況具有明顯改善作用。因此,建議初步采用底坎作為電站前池的整流措施。(4)進(jìn)行前池物理模型試驗。對處于不同水位下運行的原始前池進(jìn)行模擬,通過利用電磁流量計與PIV測試技術(shù)對前池壓力管道流量分布情況及前池內(nèi)部流場變化進(jìn)行監(jiān)測,通過對數(shù)值模擬和模型試驗的流場及管道出口流量的對比、分析,結(jié)果顯示,數(shù)值模擬和模型試驗的流場及管道出口流量一致性較好,表明了對前池進(jìn)行數(shù)值模擬研究具有可靠性。在模型中分別增設(shè)導(dǎo)流墻和底坎整流措施,測試在不同運行水位下的各壓力管道出水流量和前池流態(tài)。結(jié)果表明,模型試驗取得的結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果基本一致,底坎整流效果優(yōu)于導(dǎo)流墻,數(shù)值模擬結(jié)果得到了有效驗證。
【圖文】：

（3）水輪機流量Q對機組出力影響結(jié)合現(xiàn)場機組運行調(diào)查情況，四臺機組導(dǎo)葉開度一致，上下游水位在當(dāng)時的情況下是沒有發(fā)生改變的，通過以上理論分析從而排除了水電站毛水頭 Hg和水輪機的效率 對機組的影響，因此，可以得出唯一能夠影響機組出力的因變量為流量Q。通過實地考察發(fā)現(xiàn)，禁門關(guān)水電站四臺水輪機機組進(jìn)水分別來自前池末端壓力管道，且前池四根壓力鋼管進(jìn)水確實存在流量分布不均的情況。因此，從理論聯(lián)系實際來看，機組出力不均是流入水輪機的流量不均勻?qū)е�，并且可以認(rèn)為均勻了前池出水就可以改善劇組出力不均的情況。禁門關(guān)水電站水輪機機組由四根壓力鋼管進(jìn)行單元供水，壓力鋼管外部特性基本一致，橫斷面面積沒有差異，如圖 2.2 所示，因此，壓力管道的外部特性不會對機組過機流量造成影響�，F(xiàn)場調(diào)查情況反映，四根壓力鋼管獨立連接前池，前池本身尺寸較窄，且采用側(cè)向進(jìn)水，運行時池內(nèi)水流流態(tài)較為紊亂，1~3#進(jìn)水室漩渦較嚴(yán)重，說明前池在設(shè)計方面欠缺一定的合理性，從而導(dǎo)致了池內(nèi)流態(tài)紊亂、漩渦嚴(yán)重的情況，也影響了前池出水流量的分配。

建模軟件介紹文采用 UG ( Unigraphics NX )三維建模軟件進(jìn)行幾何模型建模。它是一個完全AD/CAE/ CAM (計算機輔助設(shè)計/計算機輔助工程分析/計算機輔助制造)軟件集過拉伸、分割、縫合等建模方法，輔以布爾運算，進(jìn)行三維建模。此外還可以操作和特征編輯功能對三維模型進(jìn)行處理，同時也可以使用該軟件對已建好的進(jìn)行物理特性分析[4]�？偟膩碚f它功能強大，可以對各種實體實現(xiàn)建模。前池模型建立D 數(shù)值模擬的第一步就是三維實體建模，模型建立的精準(zhǔn)性直接影響到網(wǎng)格劃后研究成果的精確度。建模中，，由于前池構(gòu)造相對復(fù)雜，主要采用拉伸、分?jǐn)?shù)命令，輔助布爾運算、倒圓角等多個命令。立三維模型時，前池進(jìn)水口前增加 15m 延伸段（無壓隧洞段），以保證進(jìn)行數(shù)，前池進(jìn)水流態(tài)盡可能符合實際情況。前池進(jìn)水室下接 4 根壓力鋼管（單元供水值模擬三維模型如圖 4.1 所示，前池進(jìn)水室及壓力管道三維模型局部放大如圖
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TV732

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2695671