考虑动态摩阻的水柱分离弥合水锤Godunov模型

长距离输水管道水力瞬变过程中水体压强达到汽化压强时,将会发生水柱分离现象,水柱弥合将产生异常高压,导致管路振动、变形甚至爆管事故。已有的水柱分离弥合水锤数学模型主要采用特征线法(Method of characteristics, MOC)计算,并且很少考虑动态摩阻引起的能量衰减。为提高水柱分离弥合水锤现象的计算精确度和稳定性,基于有限体积法二阶Godunov格式,建立了考虑动态摩阻的离散气体空穴模型(Discrete gas cavity model, DGCM)。为实现管道边界和内部单元的统一计算,提出虚拟边界的处理方法。将该模型模拟结果与实验数据以及已有的稳态摩阻模型的计算结果进行比较,并对网格数、压力修正系数等参数敏感性进行分析。结果表明,本模型能够准确模拟出纯水锤、水柱分离弥合水锤两种情况下瞬变压力,与实验数据基本一致;考虑动态摩阻的瞬态压力计算值与实验数据更吻合;与MOC相比,当库朗数小于1.0时,有限体积法二阶Godunov模型计算结果更准确、更稳定;尤其是,压力修正系数取值0.9及较密网格时数学模型能更为准确地再现实验结果。     

抽水蓄能电站经济运行方式的分析

抽水蓄能电站是一种特殊形式的水电站.提出了抽水蓄能电站经济运行的数学模型及其计算方法.在抽水阶段,依据水泵水轮机特性采用穷举法选定运行的机组台数以及机组组合;在发电阶段,依据给定的负荷选定机组台数并采用等微增率或者动态规划法把负荷分配给机组.将此法用于实例,得到了令人满意的结果.     

管道系统水力瞬变流串联节点边界条件分析

在管道系统水力瞬变流分析计算中,针对常见的异径管串联情况,分析了在不能忽略管道联结处的局部水头损失、流动方向影响及阻力系数变化情况下的边界条件,并建立了相应的数学模型。通过实际应用表明,该数学模型能更真实地反映实际情况,且计算方法较传统算法稳定。     

天然气管道瞬变流动数值模拟新算法

针对管道中介质瞬变流动的非线性偏微分方程组难以解析求解的问题,由质量、动量、能量三个偏微分方程构成的控制方程组,应用TVD/Godunov混合算法数值模拟天然气管道中气体的瞬变流动,摒弃了传统的差分方法对动量方程非线性对流项的线性化处理,而直接处理非线性对流项,从而大大提高了算法的稳定性和管道瞬变流动的仿真精度.算法采用了时间分裂法描述不完全堵塞管道,没有作等温假设,进一步增进了数值模拟的精度与合理性,获得了理想精度的计算结果.     

火电厂输灰管路浆体水击瞬变过程数值计算与分析

水力输灰在火电厂中获得越来越广泛的应用。在浆体水击瞬变过程基本方程的基础上,运用特征线方法建立了考虑含气量的伪均质浆体停泵水击瞬变过程数学模型。对某火电厂输灰复合管道计算了当水泵发生事故停泵时,水泵出口压力相对值,泵的无因次流量,泵的无因次转速,管道顶端最高点处的压力水头相对值的瞬变过程。通过对数值计算结果的分析,提出了在管道顶端最高点设置调压井和增大电机飞轮力矩的方法来降低管道中浆体水击的危害。     

水电站水道建筑群参数优化数学模型的探讨

迄今所进行的水力系统参数选择均建立在分散系统和恒定流的基础之上。本文以抽水蓄能电站及有压引水式水电站为典型对象对水力系统各建筑物建立了整体参数优化数学模型,其后又针对该模型的目标函数不可求导、计算量大、维数多、非线性的特点。提出了“严格单纯形”法并取得了初步成功。     

加油系统的管网布置对水力瞬变的影响

以机场加油系统管网为例,针对环状管网和枝状管网的特点分别建立了水力瞬变数学模型,并采用特征线法对不同布置的加油系统管网进行了水力瞬变数值模拟,实例模拟结果表明环状管网比枝状管网的水力瞬变压力峰值低,且管道各部分的压力较为均衡,稳定性和可靠性较好,可有效减弱水力瞬变的破坏和影响。因此,机场加油系统更适合采用环状管网。     

利用功率扰动辨识水电站水力系统模型

结合某抽水蓄能电站机组现场试验,利用功率扰动下实测数据进行具有复杂输水系统的大型机组水力系统模型辨识.该辨识方法输入信号通过调整调速器给定功率获取,并不影响机组的正常试验和运行.使用增广最小二乘法进行辨识计算,利用先验知识检验、阶跃响应检验和残差白噪声检验三种方法对辨识结果进行验证.结果表明,所得辨识模型可信,利用功率扰动辨识水电站水力系统模型的方法可行.     

水轮机全三维粘性大涡模拟数学模型研究

采用大涡模拟技术,建立了绝对坐标系和相对坐标系下的联合计算数学模型,控制方程的离散在空间上采用有限体积法,时间上采用了具有二阶精度的“预测-校正”法,固壁边界使用“部分滑移”条件,使用该模型对高水头、高转速混流式水轮机流动特性进行计算。结果表明,转轮计算流场分布与实际情况吻合,在部分负荷工况下,叶片出水边存在脱流现象,造成叶片出水边表面出现负压。尾水管直锥段和弯肘段在部分负荷工况下存在较强的旋流,在轴心线附近存在回流现象,并成功地模拟了尾水管中的涡带现象,与实际观测结果一致,该涡带频率为机组旋转频率的三分之一左右,振幅较大,属于低频大幅值性质,是引起机组振动的根源之一。     

火电厂循环水系统水力过渡过程的电算方法

本文提出了火电厂循环水系统水力瞬态过渡过程的数值计算方法,并编制计算程序发TQ—16型电子计算机上对典型工程进行了计算分析。文中以特征线法为基础,引入了WH,WB—x水泵全特性曲线,并采用牛顿—莱福笙迭代加快收敛过程。计算中考虑了管道摩阻和水泵出口阀的关闭速度对瞬变过程的影响以及有可能伴随产生“水柱分离及其再弥合”的作用,因此计算方法比较全面,计算速度快,精度较高。本文研究的计算方法及计算程序,亦可用于机电排灌泵站,城市给排水系统及抽水蓄能电站的水力瞬态过渡过程的计算。     

抽水蓄能电站水力过渡过程的可压缩管流基本方程和计算方法

给出了抽水蓄能电站的水力过渡过程中弹性管道内可压缩非定常流动的基本方程组，讨论了稳定工况时弹性管道内可压缩定常流动的数值计算的方程和方法，并利用特征线方法得到了水力过渡过程中弹性管道内可压缩非定常流动的特征方程和计算公式。     

混流式水轮机转轮紊流流场的计算机仿真

基于雷诺时均N-S方程和Realizablek-ε紊流模型,采用有限体积法,在拼片式块结构化网格上建立离散方程,选择二阶中心差分及二阶迎风差分格式作为空间离散格式,采用全隐式时间积分方案进行时间域离散.用全隐式多网格耦合技术求解离散方程.用CFX-TASCflow流体流动分析软件,对一个混流式模型转轮进行了三维非定常紊流计算,数值模拟了转轮内部三维紊流流场,得出了设计工况下的三维流场分布.应用计算机仿真技术对转轮进行流态分析,可以减少模型试验的次数,提高转轮的性能,从而缩短设计周期,降低成本.     

长引水系统水电站水力过渡过程仿真分析

针对长引水系统水电站在负荷变化时的安全问题,以压力管道非恒定流微分方程和特征线法为基础,基于MATLAB平台中SIMULINK方法,建立了一管四机的长引水系统水电站数值仿真模型,并对木扎提水电站水力过渡过程进行了仿真模拟,确定了调压室最高、最低涌浪,机组最大转速上升率及蜗壳进口最大压力。结果表明:在不同机组组成的电站系统中,大机组是水力过渡过程中的控制因素。     

抽水蓄能电站建设对经济拉动效应的实证研究

抽水蓄能电站建设可以为项目建设区域带来相应的经济效应.为了科学定量地分析这一经济拉动效应,提出了选用投入产出模型作为抽水蓄能电站建设投资在生产环节经济拉动效应的测算方法,采用了边际消费倾向作为在消费环节由于抽水蓄能电站建设投资使居民收入增加导致消费需求增加而产生乘数效应的计算方法,并对某抽水蓄能电站建设期间为项目建设区域带来的经济效应进行了定量测算.该研究是关于抽水蓄能电站等基础设施建设对经济拉动效应展开定量研究进行的一次有益尝试.     

基于智能计算方法的水力机组优化运行算法

根据水力机组运行的特点,结合人工神经网络的非线性特性和遗传算法的全局搜索能力特性,给出了使用人工神经网络与遗传算法方法,构造水电厂内水力机组优化运行算法的详细过程,首先使用人工神经网络来构建各机组的动力特性模型,然后利用遗传算法来构建机组间的组合运行策略。将所构造的算法应用于开发石家庄混合蓄能水电厂内机组优化运行系统,系统的仿真运行表明,基于人工神经网络与遗传算法的水力机组优化运行算法具有较高的计算精度,是行之有效的。     

基于层次分析法和熵权法的地下储气库注气方案优选

针对地下储气库注气方案综合评价涉及因素较多的问题,提出基于改进的层次分析法(AHP)和熵权法相结合的综合评价模型,确定包括注气井数量、注气井层位、注气井注气能力、系统单位电耗、机组效率等9个评价指标的综合权重,采用模糊隶属函数法对评价指标进行无量纲化处理得到各指标的标准评价值,并用线性加权法计算各方案总评分,确定出最优注气方案。笔者以国内某枯竭油气藏型地下储气库为例,对同一注气量工况下的各注气方案进行综合评价,实现储气库注气方案的优选。优选结果与现场使用方案一致。结果表明:层次分析法与熵权法结合使用兼具主观性和客观性,使得注气方案评价更加客观、准确、可靠,对地下储气库最优注气方案的确立提供了一定的借鉴作用。     

抽水蓄能电站输水管道区域环境振动分析及减振措施

为了探讨抽水蓄能电站输水管道区域环境振动的问题,结合实际工程的环境振动监测资料,采用Midas-GTS软件分析抽水蓄能电站输水管道区域环境在不同工况下的振动影响,并提出合理的减振措施。研究结果表明：库区上游靠近机组的区域环境振动分贝值均大于库区下游,库区下游靠近居民区的环境振动分贝值均大于居民区环境振动标准值,且严重影响居民的正常生活。由于抽水蓄能电站区域环境振源复杂,填充沟措施效果显著,且易施工,对类似的抽水蓄能电站工程具有一定的借鉴意义。     

Numerical modeling of concrete hydraulic fracturing with extended finite element method

The extended finite element method (XFEM) is a new numerical method for modeling discontinuity. Research about numerical modeling for concrete hydraulic fracturing by XFEM is explored. By building the virtual work principle of the fracture problem considering water pressure on the crack surface, the governing equations of XFEM for hydraulic fracture modeling are derived. Implementation of the XFEM for hydraulic fracturing is presented. Finally, the method is verified by two examples and the advan- tages of ...