水电站压力管道系统时间变态水击模型试验研究

发布时间：2017-05-10 14:11

  本文关键词：水电站压力管道系统时间变态水击模型试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：有压引水系统是水电站的重要组成部分,随着电网负荷的不断变化,机组的负荷随之改变,则导叶的开度需要做出相应的调整以适应机组负荷的变化。此时引水系统中会出现恒定流状态→非恒定流状态→恒定流状态的过渡现象,我们称之为水电站的水力过渡过程。在这个过渡过程中,机组引用流量的快速变化使引水系统中的压力交替升降,我们称之为水击。水击现象不可避免,过大的水击压力可能使压力钢管产生强烈振动、变形甚至爆裂,为减小水击对水电站引水系统的影响,通常在引水系统中布置调压室以破坏引水系统的封闭性。水击和调压室的质量波动直接关系到水电站的安全运行,一直是水电站研究中最受关注的问题。本文采用理论分析法、模型试验以及数值模拟的手段对刘家峡水电站扩机工程的水击和调压室涌浪问题进行了研究。首先,在对水击历史背景简要回顾的基础上,重点介绍了水电站过渡过程的基础理论、计算方法以及模型试验的研究现状和发展趋势。然后,对传统的水击物理模型中会出现水击波速不相似的问题进行了讨论。为解决这个问题,介绍了基于时间比尺变态的水击物理模型的设计方法,并从理论上证明了该方法的可行性。接着从水击和调压室的基本方程着手,推导了物理模型的相似律,制作了几何比尺正态,时间比尺变态的有压管道系统物理模型,并进行了恒定流试验和非恒定流试验。模型试验中对单机发电、双机发电、突然增荷以及突然丢荷等控制工况进行了研究,确定了管道系统的沿程水头分布情况、调压室的最高和最低涌浪高程、调压室水位的波动过程以及压力管道入口处压力的波动过程。最后,建立了水击与调压室联合运行的数学模型。特征线法因其物理概念清晰、易于使用以及精度较高等优点被广泛使用,故文中基于特征线法,借助Matlab编程模拟了有压管道系统的过渡过程,重点对调压室的最高和最低涌浪高程、调压室水位的波动过程、压力管道入口及出口的压力波动过程都进行了研究。数模计算结果与物模实测结果吻合较好,表明时间变态设计法用于较大比尺正态的水击物理模型是可行的。该方法极大地方便水击物理模型的设计与制作,建议采用该方法来设计较大比尺的正态水击物理模型。另外,鉴于机组丢荷时压力管道末端水击压力过大,对导叶的启闭规律做了初步优化,在保持调压室最高涌浪高程基本不变的情况下,使水击压力上升值降到了合理范围。
【关键词】：有压管道 水击 调压室涌浪 时间变态 模型试验 特征线法
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV134.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 前言10-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 水击的起源14-15
• 1.2 国内外研究现状15-20
• 1.3 研究方法20-22
• 1.3.1 理论分析21
• 1.3.2 物理模型试验21
• 1.3.3 数值模拟21-22
• 1.4 本文的主要内容22-23
• 第二章 物理模型试验23-49
• 2.1 概述23
• 2.2 工程背景23-24
• 2.3 基本资料24-25
• 2.3.1 库水位及尾水位24-25
• 2.3.2 各洞段糙率（参考值）25
• 2.3.3 导叶启闭规律25
• 2.4 模型的设计25-31
• 2.4.1 模型相似律25-28
• 2.4.2 几何比尺的选取28-29
• 2.4.3 水击相关比尺的选取29-31
• 2.5 模型的制作31-32
• 2.6 模型的布置32-34
• 2.7 模型的量测34-36
• 2.8 模型试验36-38
• 2.9 模型试验成果38-49
• 2.9.1 恒定流试验成果38-44
• 2.9.2 糙率及阻抗系数44-45
• 2.9.3 非恒定流试验成果45-49
• 第三章 水击49-59
• 3.1 基本方程49-54
• 3.1.1 运动方程49-50
• 3.1.2 连续方程50-54
• 3.2 水击计算的解析法54-57
• 3.2.1 简单管的水击计算54-56
• 3.2.2 串联管的水击计算56-57
• 3.2.3 分岔管的水击计算57
• 3.2.4 蜗壳的水击计算57
• 3.3 存在的问题57-59
• 第四章 调压室的涌浪59-65
• 4.1 基本方程59-60
• 4.1.1 运动方程59-60
• 4.1.2 连续方程60
• 4.2 调压室涌浪计算的解析法60-63
• 4.2.1 最高涌浪水位60-62
• 4.2.2 最低涌浪水位62-63
• 4.3 计算结果63
• 4.4 存在的问题63-65
• 第五章 水击和调压室涌浪联合运行数学模型65-81
• 5.1 控制方程65
• 5.2 方程的离散65-69
• 5.2.1 特征线方程65-67
• 5.2.2 差分方程及网格划分67-69
• 5.3 边界条件分析69-72
• 5.3.1 水库端69
• 5.3.2 阀门端69-70
• 5.3.3 分岔管及串联管70
• 5.3.4 调压室70-72
• 5.4 时间步长72
• 5.5 程序设计72-73
• 5.6 计算结果73-76
• 5.7 结果分析76-77
• 5.7.1 调压室涌浪分析76
• 5.7.2 压力分析76-77
• 5.8 误差分析77-78
• 5.9 启闭规律优化78-81
• 第六章 成果与展望81-83
• 6.1 成果81-82
• 6.2 展望82-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-88
• 附录88-91
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：354907