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分层取水式电站进水口水力特性数值模拟研究

作　者: 杨建东
导　师: 金峰
学　校: 长江科学院
专　业: 水力学及河流动力学
关键词: 分层取水电站进水口水力特性数值模拟物理模型试验
分类号: TV135
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 68次
引　用: 1次
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内容摘要

由于水生态保护的需要，部分水电站已开始逐渐采用分层取水式进水口。分层取水方式允许从库区取用表层温水，可以有效地减轻下泄水流对下游水生态环境造成的负面影响，满足环保设计的有关要求。然而，将取水断面缩小抬高会使进水口的流态恶化，水头损失增大，影响水电站的运行安全和发电效益。因此对分层取水式进水口的水力特性进行研究，优化进水口体型参数，对保证电站安全高效运行具有重要意义。本文以嘉陵江亭子口水利枢纽为背景，采用六面体结构化网格，精细模拟了叠梁门分层取水式电站进水口的固壁边界，对流速分布、水头损失和时均压力分布等水力特性进行了研究，并通过物理模型试验对数学模型的计算结果进行了验证。研究表明：（1）所建数学模型合理地模拟了设置叠梁门后电站进水口各段的流场结构，为叠梁门的设置对流态、水头损失、压力等水力特性的影响评价提供了有力支撑。（2）设置叠梁门后，进水口段水头损失系数比无叠梁门时有不同程度加大。在一定淹没水深条件下，存在叠梁门高度与进水喇叭口高度之比d/D的临界值，超过此临界值，进水口段水头损失系数增幅将显著加大。临界d/D值随淹没深度的增加而增大。（3）设置叠梁门后，拦污栅墩尾会出现立轴漩涡，其危害性与流态参数λ（λ）有关。对于亭子口水利枢纽电站进水口，当流态参数λ≤6.99×10-3时不出现有害流态，机组能够安全运行。出现有害流态的临界λ值介于6.99×10-3和15.7×10-3之间。（4）本文所采用的数值模拟方法及研究结果可供类似工程的研究参考。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-14
  1.1 水电站分层取水概述  8-9
  1.2 电站进水口水力特性  9-10
  1.3 电站进水口水力特性研究现状  10-11
  1.4 本文研究的项目背景  11-12
  1.5 本文研究内容  12-14
第二章三维紊流数值模拟理论与方法  14-33
  2.1 紊流基本理论  14-16
    2.1.1 紊流控制方程  14-15
    2.1.2 雷诺方程  15-16
  2.2 紊流模拟方法  16-18
  2.3 紊流数学模型  18-26
    2.3.1 涡粘模型  18-23
    2.3.2 雷诺应力模型  23
    2.3.3 计算模型选择  23-26
  2.4 网格生成  26
  2.5 模型求解方法  26-31
    2.5.1 离散方法简介  26-29
    2.5.2 有限体积法  29
    2.5.3 离散格式  29-30
    2.5.4 压力修正法  30-31
  2.6 本章小结  31-33
第三章进水口水力特性数值模拟  33-57
  3.1 三维数学模型的建立  33-36
    3.1.1 模拟范围  33
    3.1.2 边界条件  33-34
    3.1.3 网格划分  34-36
  3.2 模拟结果及分析  36-55
    3.2.1 流态和流速分布  37-51
    3.2.2 水头损失  51-54
    3.2.3 流道内压力分布  54-55
  3.3 本章小结  55-57
第四章物理模型试验研究  57-72
  4.1 模型设计及试验条件  57-58
    4.1.1 模型设计  57-58
    4.1.2 试验控制条件  58
  4.2 进水口水力特性试验成果  58-70
    4.2.1 水流流态  58-61
    4.2.2 流速分布  61-64
    4.2.3 水头损失  64-65
    4.2.4 进水口流道时均压力分布  65-70
  4.3 本章小结  70-72
第五章结论与展望  72-73
  5.1 结论  72
  5.2 展望  72-73
参考文献  73-77
致谢  77

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