水电站前池流场改善措施研究

发布时间：2020-06-04 01:21

【摘要】：前池是处于引水渠道与压力管道之间的中间构筑物,是连接两者的重要媒介,通常具有重新分配调节水流量、稳定水流以减少水头冲击、截留水中固体悬浮物等重要作用,是引水式水电站中不可或缺的一部分。在早期的引水式水电站的建设中,通常因为受水电站地理位置、当时施工技术、前池基础研究广度等的限制因素导致前池的设计不够合理,同时伴随着后期的维护力度不够,致使不少的引水式水电站的前池中往往存在池内水流状态紊乱、柱状游涡明显、水面横比降等问题,使得机组出力不匀,对水电站的安全和经济运行产生较大影响。因此,采取必要的整流措施改善前池中水流流态对水电站运行效果的改善具有较为重要的意义,同时也可为其他同类型水电站提供一定的参考。针对前池流态紊乱导致机组出力不均匀情况,作者以雅安市天全县境内某水电站为研究对象,从数值模拟出发,结合模型试验对前池内部流场进行研究,提出了改善机组出力不均的一种整流措施。论文主要内容及结论如下:(1)根据水电站现场整体布局、机组运行状况的实况调查结果对机组出力不均的原因进行理论分析。理论分析初步得出电站四台机组出力不均是由于机组流量分配不均,即影响水轮机出力的主要因素为过机流量,那么均匀流量就可以适当改善出力现状。(2)通过数值模拟确定最佳湍流计算模型。采用RNG、Realizable两种湍流模型在CFD软件平台上对原始前池进行数值模拟,并将其数值模拟结果与现场电站前池实际运行情况进行比对分析,从而确定最佳湍流计算模型。比对结果表明,RNG k-?湍流模型与本水电站前池真实运行情况的贴合度更高。(3)利用RNG k-?湍流模型对整流措施进行数值模拟计算。计算结果表明,当在前池中增设导流墙进行整流时,导流墙对前池流量分配不均匀情况并无明显改善作用;而底坎整流措施对前池流量分配不均匀情况具有明显改善作用。因此,建议初步采用底坎作为电站前池的整流措施。(4)进行前池物理模型试验。对处于不同水位下运行的原始前池进行模拟,通过利用电磁流量计与PIV测试技术对前池压力管道流量分布情况及前池内部流场变化进行监测,通过对数值模拟和模型试验的流场及管道出口流量的对比、分析,结果显示,数值模拟和模型试验的流场及管道出口流量一致性较好,表明了对前池进行数值模拟研究具有可靠性。在模型中分别增设导流墙和底坎整流措施,测试在不同运行水位下的各压力管道出水流量和前池流态。结果表明,模型试验取得的结果与数值模拟结果基本一致,底坎整流效果优于导流墙,数值模拟结果得到了有效验证。
【图文】：

流量分布,压力管道,前池

（3）水轮机流量Q对机组出力影响结合现场机组运行调查情况，四台机组导叶开度一致，上下游水位在当时的情况下是没有发生改变的，通过以上理论分析从而排除了水电站毛水头 Hg和水轮机的效率对机组的影响，因此，可以得出唯一能够影响机组出力的因变量为流量Q。通过实地考察发现，禁门关水电站四台水轮机机组进水分别来自前池末端压力管道，且前池四根压力钢管进水确实存在流量分布不均的情况。因此，从理论联系实际来看，机组出力不均是流入水轮机的流量不均匀导致，并且可以认为均匀了前池出水就可以改善剧组出力不均的情况。禁门关水电站水轮机机组由四根压力钢管进行单元供水，压力钢管外部特性基本一致，横断面面积没有差异，如图 2.2 所示，因此，压力管道的外部特性不会对机组过机流量造成影响。现场调查情况反映，四根压力钢管独立连接前池，前池本身尺寸较窄，且采用侧向进水，运行时池内水流流态较为紊乱，1~3#进水室漩涡较严重，说明前池在设计方面欠缺一定的合理性，从而导致了池内流态紊乱、漩涡严重的情况，也影响了前池出水流量的分配。

前池,三维建模

建模软件介绍文采用 UG ( Unigraphics NX )三维建模软件进行几何模型建模。它是一个完全AD/CAE/ CAM (计算机辅助设计/计算机辅助工程分析/计算机辅助制造)软件集过拉伸、分割、缝合等建模方法，辅以布尔运算，进行三维建模。此外还可以操作和特征编辑功能对三维模型进行处理，同时也可以使用该软件对已建好的进行物理特性分析[4]。总的来说它功能强大，可以对各种实体实现建模。前池模型建立D 数值模拟的第一步就是三维实体建模，模型建立的精准性直接影响到网格划后研究成果的精确度。建模中，，由于前池构造相对复杂，主要采用拉伸、分数命令，辅助布尔运算、倒圆角等多个命令。立三维模型时，前池进水口前增加 15m 延伸段（无压隧洞段），以保证进行数，前池进水流态尽可能符合实际情况。前池进水室下接 4 根压力钢管（单元供水值模拟三维模型如图 4.1 所示，前池进水室及压力管道三维模型局部放大如图
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV732

【参考文献】