泄水建筑物初拟尺寸优化方向的数值模拟

为探究楼庄子水流泄水建筑物初拟尺寸的可行性,以初拟泄水建筑物为研究对象,采用数值模拟的研究方法,以初拟泄槽及消力池尺寸建立模型,运用标准k-ε计算模型,结合流体体积分数法(VOF)追踪自由水面,对泄槽及消力池内部水流进行三维水气两相流数值模拟。通过设计工况计算成果,对比分析流速矢量图及水气两相流云图等,提出泄水建筑物初拟池长、挑角等处的优化方向,分析成果为后期优化泄水建筑物设计体型提供了理论依据。     

九龙峡水电站溢流堰三维数值模拟

利用 FLUNET 软件,以 k-ε湍流模型封闭 Reynods 方程,采用 VOF 法追踪自由水面,对九龙峡水电站表孔溢流堰的水流按定常流动进行了三维数值模拟。结果表明：溢流堰的泄流能力、水面线、压力分布和流速分布等计算结果与模型试验实测结果吻合良好,说明数值模拟计算可以用于一些水工建筑物泄流计算和设计     

某水电站冲沙孔破裂坍塌事故结构复核计算分析

某水电站冲沙孔在施工期即发生破裂坍塌事故,采用ANSYS建立冲沙孔段的三维有限元模型,对冲沙孔结构进行复核计算分析。通过应力图计算结构配筋,与实际配筋对比,分析冲沙孔破裂的原因。     

数值模拟在水工模型试验中的应用

利用计算流体力学方法对水工模型试验中需要获取的泄流能力、流速、压力等水力学参数进行数值计算,结果与实测数据符合较好,表明可以利用数值模拟解决水工模型试验中的部分水力学问题,并可以作为水工模型试验的一个补充,为对泄水建筑物体型合理性的判断和优化提供依据。     

燕山水库整体水工模型试验研究

通过燕山水库整体水工模型试验,对溢洪道和泄洪洞进出口体型、泄流能力、水流流态、流速分布、压力分布、消能防冲、空化气蚀等进行了系统研究,验证了水库各特征水位下泄水建筑物的泄流能力,校核挡墙的设计高度,分析了泄水建筑物产生气蚀的可能性,提出了优化的进口体型,并根据下游消能、冲刷情况,提出了相应的工程保护措施.     

Atay水电站二级坝冲沙孔加固处理

因Atay水电站业主要求的冲沙孔工作工况超出原设计标准,导致冲沙孔结构不满足安全要求,需进行加固处理.笔者采用椭圆形钢衬单独抵御内水压力,并设置止水与排水措施以降低钢衬外水压力的方式,调整冲沙孔坝段的应力重分布,有效降低目标区的应力大小,使加固后的冲沙孔结构满足新增工况运行安全要求.笔者在不缩减冲沙孔的功能、不影响其他各建筑物正常运行的前提下完成了冲沙孔加固处理,为类似复杂空间结构的加固开创了一种新的思路.     

曲面X型宽尾墩闸室内水力特性模拟研究

为了高精度模拟水流通过水工建筑物时的流场特性,采用CLSVOF法并引入RNGκ～ε紊流模型的新型数值模拟方法,对某水电站曲面X型宽尾墩泄流时的水力特性进行了三维数值模拟研究,获得了宽尾墩闸室内水流流态、水面线、流速、压力等水力参数.数值模拟结果与物理模型试验结果吻合良好,验证了CLS-VOF数值模拟方法的可靠性.     

泄水建筑物挑流泄洪安全控制技术研究

为寻求某水电站溢洪道的最优泄洪方式,选择合适的消力池尺寸。采用水气两相流方法,对某工程的大型泄水建筑物进行数值模拟。通过迭代计算k-ε两方程模型,利用追踪自由液面的VOF方法对水面线进行模拟,计算得到泄槽水面线、挑流水舌、消力池底板压力、挑距、流速等水力参数。通过分析消力池内水流流态选择合适的消力池尺寸,数值模拟结果与规范计算结果互相验证,吻合较好,验证了数值模拟成果应用在实际工程的可行性。     

百龙滩水电站1号机振动噪声和出力摆动原因分析

百龙滩水电站１号机初期运行时产生的“振动”噪声和出力摆动，通过模拟试验查找了“振动”噪声原因，是由于初期运行时，机组在低水头（８－１１ｍ）及满负荷运行时，吸出高度不满足气蚀要求而引起的，出力摆动原因是由于冲沙闸，冲沙孔及船闸泄流引起下游水位波动所致。     

桐子林水电站明渠弯道流场三维数值模拟

采用κ～ε紊流模型结合自由面追踪的VOF方法对桐子林水电站明渠弯道消力池流场进行了三维数值模拟,并与物理模型试验值进行了比较,结果表明,计算值与试验值吻合良好.数值模拟获得了物理模型试验难以测量的流场详细信息,尤其是横向紊动特性及其发展演变的过程,结果令人满意.计算结果为导流明渠体型优化提供了重要参考,表明数值模拟应用于导流建筑物的体型优化研究中具有独特优势.     

消力池挑流鼻坎试验优化设计研究

通过对某水库挑流消能工挑流鼻坎进行水工模型试验发现,入射水流横向扩散较差,水流集中,不利于下游河道消能防冲。调整平台和护坦宽度,设置斜挑坎,横向水流分布均匀,水舌入水点较理想。并用数值模拟方法对推荐体型进行计算,计算结果与水工试验结果基本一致,说明数值模拟方法可用于挑流消能体型设计,为类似工程提供借鉴。     

官地水电站尾水调压室与尾水洞连接岔洞的体型优化研究

对于首部式开发的水电站,其尾水系统水头损失直接关系到长期运行的经济效益。本文应用计算流体力学技术(CFD)对官地水电站尾水系统局部布置与结构体型进行数值模拟,开展三维流场计算与分析,得到其水头损失和流态,确定设计方案;然后进行模型试验,并对比分析数值计算和模型试验结果,证明三维流场计算结果的可靠性。采用三维流场计算可进行方案对比及体型优化并得出较优的尾水(引水)系统体型,可以为一些无法进行模型试验的工程提供设计依据。     

向家坝水电站冲沙孔体型优化设计

向家坝水电站冲沙孔由导流底孔改建而成，结构体型受到了较大限制，加之冲沙孔下泄水流为高速含沙水流，且紧邻下游引航道，消能防冲设计标准较高。结合向家坝工程实际，通过水工模型试验，从消能效果、消力池临底及临边流速、改造难易度等多方面，对3种冲沙孔体型进行了分析比选，确定了最终的优化体型，较好的解决了出口消能防冲难题。     

三维宽顶堰紊流场数值模拟与分析

本文利用三维标准k-ε紊流数学模型,选择VOF方法追踪自由表面,采用气液两相流计算模型对宽项堰流场进行了数值模拟,计算结果与试验数据较为吻合.模拟结果表明,数值模拟能够广泛应用于数值模拟带有复杂自由表面的泄水建筑物紊流场.     

泄洪洞双扩型挑流消能水力特性数值计算

以某工程泄洪洞双扩型挑流鼻坎消能防冲为研究对象,基于三维不可压缩流体k-ε紊流模型,采用FLOW-3D软件对双扩型挑流鼻坎进行三维数值模拟分析,分析了下游河道流速、水舌是否直接冲击河岸,探讨了原始方案与2个优化方案的挑流鼻坎体型对河床的冲击及其水力特性,并针对不同工况时计算结果,给出了该挑流鼻坎的最佳体型,以满足消能和泄流的要求。结果表明:经多方案数值计算的对比,相比于原方案,反弧半径从64 m增加到128 m,反弧段长度增加10 m,边墙扩散宽度收窄0.4 m,挑角从43.4 °减小到25 °;调整后低水位低流量工况下水舌砸岸情况明显改善;水舌挑距从91.2 m增加到118.8 m,远离岸坡;河道左右岸最大流速分别下降0.7 m/s和1 m/s,且回流减小。研究成果可为挑流消能下游流态的改善提供一定的参考。     

溢流表孔Y型宽尾墩与消力塘联合消能数值模拟

基于果多水电站,采用标准双方程紊流模型,结合VOF模型追踪自由表面,对几何模型进行分区处理及采用非结构化网格进行网格剖分,对Y型宽尾墩窄缝消能与消力塘联合消能泄流场进行了三维数值模拟。通过模拟,得到了泄流场整体流态,并对溢流表孔中线X向和Y向流速分布、消力塘内流速分布、溢流面和消力塘底板的压强分布进行了研究。经2016年4月至2016年11月过流情况的监测,大坝溢流表孔实际水流流态、消力塘水位等特征参数与数值计算结果基本吻合,计算结果较为理想。     

复杂冲沙廊道系统最优运行方式的数值模拟研究

电站取水口复杂冲沙廊道系统的冲沙孔孔前漏斗范围往往随冲沙流量增加而增大,但相应地,冲沙孔与廊道连接过渡段的压力则迅速减小,并出现较大负压,简单的调度运行方式很难使这种复杂冲沙廊道的压力特性及冲沙漏斗范围均达到较佳,必须进行调度方式的优化研究才能达到此目的。本文采用数值模拟的方法研究了大渡河龙头石水电站取水口冲沙廊道系统的最优运行方式,结果表明,通过改变冲沙孔运行方式,冲沙漏斗范围及冲沙系统压力特性这两个目标可同时达到较优的效果,对类似的取水口冲沙系统运行方式拟定具有重要工程价值和科学意义。     

导流隧洞出口段负压研究

基于某大型水电站导流隧洞,对出口段负压问题进行了模型试验和数值模拟研究,试验结果表明长距离导流隧洞存在大范围负压。通过对长距离导流隧洞建立了三维数值模型,采用CFD方法对其三维流场进行了仿真计算,数值模拟结果和物理模型试验吻合较好,验证了数值模拟的合理性。据此进一步模拟了不同特征流量下导流隧洞出口段的负压情况,模拟结果表明导流隧洞在各流量工况下负压范围和最大负压值均大于有压泄水隧洞自由泄流情况下的负压范围和最大负压值,最大负压出现位置也存在一定差异。对此模拟了几种典型压坡方式以及出口段轴线偏转对出口段负压的影响,提出了改善导流隧洞大范围负压的合理措施,同时分析了各压坡方式以及出口体型对导流隧洞泄流能力的影响,为类似工程优化设计提供科学依据。     

清河水库第二泄洪洞进口体型优化研究

泄洪洞进口体型对过流的水流流态具有一定的影响,因此对进口体型进行优化设计极为必要。文章以辽宁省清河水库第二泄洪洞为例,利用数值模拟的方法对进水口体型优化设计展开研究,通过对不同进口体型下的水流流态和门槽空化数的综合对比分析,建议选用矩形截面进口体型。     

新疆某水库溢洪洞水力特性的试验研究与数值模拟

为研究新疆某表孔溢洪洞原设计体型的水力特性,采用水工模型试验与数值模拟相结合的方法开展相关的研究工作。试验研究以水工正态模型为研究平台;数值模拟利用ＦＬＯＷ －３Ｄ商用软件为平台采用湍流方程模型和ＶＯＦ方法开展工作。通过物理模型试验和数值模拟对比分析了表孔溢洪洞内水流流态、水面线、压强及流速等水力特性。结果表明:原设计体型在斜井陡坡段存在水流折冲,有较强水翅,挑坎水舌落点靠近河道左岸,冲刷严重,冲坑明显;数值模拟计算结果与水工模型试验基本吻合,说明三维数值模拟在研究复杂水流流场时的可行性。针对流态问题提出优化体型,根据下游消能、冲刷情况,提出相应的工程措施。