双向水流侧式进出水口水力特性三维数值模拟

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抽水蓄能电站进出水口具有双向水流的特点,对于上库而言,发电时为进水口,抽水时为出水口,对于下库则相反。本文对侧式进出水口流速分布、水头损失等水力特性进行了系统的三维数值模拟研究,所作具体工作及取得的成果如下:(1)研究了模拟范围、网格剖分、紊流模型和差分格式等对单进出水口进流工况计算结果的影响。研究表明,这四种因素对流速分布和水头损失有不同程度的影响。纵向模拟范围的影响最大,不同范围计算结果之间差别很大,如若选取不足,计算结果完全失真。纵向模拟范围应至少包括整个前池才能使计算结果与实验比较接近。而在纵向模拟范围固定的情况下,以前池左右边界为起点,沿横向分别同时向两边扩展2倍引水隧洞直径的距离时,所得计算结果一般比较理想;在此基础上继续增大横向模拟范围不会对计算结果带来明显改进。在进行网格剖分时,所选用的网格尺寸应大小适当。随着单元数目的增加,计算精度得到不断提高。然而计算网格并不是越密越好,网格密度在达到一定程度之后,进一步减小网格尺寸对于改善计算精度有一定作用,但效果不是十分明显。Standardκ—ε等两方程模型计算结果并不比理论上更加完备的雷诺应力模型差,因而它们均适合于进流工况数值计算。差分格式的阶数并不是越高越好,二阶迎风和OUICK格式的计算结果反而不及一阶精度格式好。(2)对单进出水口出流工况同样研究了模拟范围、网格剖分、紊流模型和差分格式等因素对计算结果的影响,得出的结论与进流工况基本相同。(3)从库区模拟范围和引水隧洞模拟范围两个方面研究了模拟范围对双进出水口进流和出流工况计算结果的影响。在进流工况,只要选取的库区模拟范围包括整个前池,引水隧洞模拟范围适当,即可取得较好的结果。而无论是增加库区模拟范围还是引水隧洞模拟范围都不会对计算结果再有所改进。对于出流工况,如果引水隧洞模拟范围不足,即便增加库区模拟范围也不能使计算结果与实验相吻合。而只有增加引水隧洞模拟范围,特别是对斜井上弯段加以模拟,才会明显减小计算误差。
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