水电站变顶高尾水洞瞬变流计算及体型设计

对水电站变顶高尾水洞内明满交替流计算方法及变顶高尾水洞体型设计进行了研究，介绍了变顶高尾水洞的工作特点．采用改进狭缝法模型，结合某大型水电站取消尾水调压室方案进行瞬变流计算，提出了明满交替流分界点的处理方法．分别针对具有不同顶坡、底坡和底宽的变顶高尾水洞体型在不利工况下的瞬变流计算成果进行比较分析，结果表明，变顶高尾水洞具有一定的尾水调压室作用，若适当地选取体型参数可不设尾水调压室；顶坡对整个尾水系统的影响非常大，底坡和底宽的影响相对较小．     

三峡工程建筑物设计关键技术问题研究与实践

针对三峡水利枢纽拦河大坝泄洪流量大、孔口多、泄洪消能结构复杂,岸坡厂房坝段基岩长大缓倾角结构面因坝后厂房深挖临空危及坝基稳定,坝体混凝土耐久性要求高且温控防裂困难;茅坪溪防护土石坝沥青混凝土心墙设计施工尚缺乏实践经验;电站运行水头高、变幅大,引水压力管道及进水口选型和蜗壳埋设方式技术复杂,地下电站采用变顶高尾水洞替代常规的尾水调压室;双线五级船闸运行水头高、输水水力条件复杂,且在山体深挖岩槽中修建,全衬砌船闸结构、高水头输水系统和大型人字闸门及启闭机设计难度大等关键技术问题,文章重点介绍了各建筑物设计研究解决问题的途径、采用的优选方案及技术措施和通过实践检验的创新成果。     

水电站尾水管水击与尾水调压室涌波联合计算

糯扎渡水电站的最大工作水头为215m，安装了9台机组；其尾水系统采用3台机共用一个调压室和一条尾水隧洞的布置方式，无工程设计经验借鉴，应进行水击和调压室涌浪的研究．为此，采用特征线法．以尾水支洞与调压室连接处的压力为纽带，对该水电站尾水管水击和调压室涌浪进行了联合求解，模拟了典型工况尾水管的水击时间过程和调压室涌浪时间过程，得出了尾水管的最大水击压力和其发生的位置，以及调压室的最低涌浪水位数值计算结果与试验结果基本吻合．尾水位在最低和正常水位之间变动，突甩负荷时，尾水系统不会产生真空：调压室最低涌浪水位高于设计所要求的最低涌浪水位，说明该尾水系统的设计是合理的．     

三峡工程电站设计

利用物理模型和数值模拟技术,系统研究了三峡电站布置、排沙及排漂措施、进水口形式、机组蜗壳埋设方式,以及地下电站洞室群布置、块体加固等技术问题。研究表明,三峡电站采用两岸坝后厂房+右岸地下厂房的布置及单孔小孔口进水口体型技术经济最优,采用分散排沙和排漂孔可较好解决电站的泥沙和漂污问题,蜗壳采用保温保压、垫层及组合埋设技术均可保证机组稳定运行,采用新型变顶高尾水洞优于设置尾水调压室。同时提出了与蜗壳埋设方式相关的技术标准,并对大型不利块体的加固进行了探讨,提出了利用阻滑键及结构面法向压应力加固块体的新思路。     

含明满流水电站尾水调压室稳定断面面积推导

基于托马假设条件,并考虑了明满流尾水系统中的水位波动对电站机组稳定性的影响,推导了含明满流的尾水调压室稳定断面面积计算公式.由该公式计算得到的调压室断面面积分为两部分:第一部分调压室断面面积为下游低水位对应的调压室稳定断面面积;第二部分调压室断面面积为满流时对应的调压室稳定断面面积,其洞身沿高度方向呈倒喇叭型.这种结构既减小了调压室的开挖工程量,又降低了调压室结构支护难度.该公式与托马稳定断面面积公式相似,方便实用,并经过工程实例验证了其合理性、经济性和安全性,可用于实际工程设计.     

两机共用的尾水调压室水力特性试验研究

针对两台机组共用的尾水调压室进行了水力特性试验，研究了尾水调节室流量经、阻抗孔口水中水流方向及孔口开关形状对尾水调压室水头损失系数的影响，试验结果表明，阻抗式不调压室的水头损失系数并不是现有文献所描述的那种仅与孔口形状充方向有关的常数，而一个与流量比有关的变量，文中给出了不同阻抗也口的高压室水头损失系数关于流量经的最小二乘拟合公式。     

水电站引水系统取消尾水调压室过渡过程计算研究

对洪家渡水电站引水系统在设置尾水调压室和取消尾水调压室两种情况下的过渡过程进行了计算研究。计算表明,通过考虑机组特性、优化机组导叶关闭规律及合理整定调速器参数,该水电站取消尾水调压室的方案是可行的,其各设计参数控制值基本上能满足设计要求。计算成果已作为该电站设计方案比较的依据之一。     

基于Labwindows/CVI开发的数据采集和水位控制系统

本文采用模块化设计思想，充分利用Labwindows/cvi强大的软件功能，设计出了一套适应于变顶高尾水洞水电站模型试验的数据采集和水位控制的虚拟量测分析系统。该系统可满足水电站模型试验测试分析任务多样化的要求，具有高度的灵敏性和开放性。     

矩形调压室连接型式的研究

针对３台机组合用１条有压尾水隧洞的矩形阻抗式尾水调压室底部流道的体型进行了优化试验研究。研究了３种典型的底部流道体型的水头损失,以及机组负荷变化情况下不同的底部流道体型的水头损失与分流比的关系。结果表明,尾水调压室阻抗隔板下设曲线形分岔方案的流态较好,与常规无分岔的方案相比,减少水头损失的５０％,可显著提高发电效益。     

分流式调压室分流比计算方法

以佛子岭抽水蓄能电站的尾水调压室为例,通过二维水流数学模型计算和水工模型试验得到尾水系统河道典型断面以及调压室的水位流量关系;利用图解迭代方法,对分流式调压室的分流比进行了计算,得出了调压室分流比与佛子岭水库坝前水位的关系,并分析了总流量及坝前水位对分流比的影响;指出了发电和抽水工况调压室分流比的差异.该方法对于用单一方法难以完成的工程水力学问题,具有很好的应用价值.     

复杂无压隧洞输水过程三维数值模拟与方案优选

运用基于流体体积（VOF）法的三维缸占双方程紊流模型模拟了无压引水隧洞水气两相流紊流流场,近壁面采用考虑糙率影响的壁函数法进行处理．以某复杂长距离无压引水隧洞的输水过程为例,模拟了3种方案的断面平均过水面积、流量、流速和气压的变化,实现了多方案的比选结果表明,3种方案水流均能顺利通过隧洞;方案二水流到达隧洞出口的时间最短：方案二的断面平均过水面积、流量、流速和气压均优于方案一;方案三与方案二差别较小,综合考虑过流能力及成本因素,方案二为最优方案．通过与某水库放水兼放空洞水深实测数据及采用传统水力学方法计算的经验值的对比分析,平均相对误差分别为5．01％和0．96％,验证了模型的可靠性．     

地下式水电站尾水洞过渡过程中明满流现象的研究

阐述了地下式水电站尾水洞过渡过程中明满流的转换过程;考虑了这类明满流特有的初始状态和边界条件的影响,对洞内截留空气和进、排气过程作了精心处理,建立了数学模型;进行了大量数值计算与水力学模型试验;深刻阐述了这类明满流现象的机理;讨论了明满流对尾水系统的危害及应采取的工程对策,该研究为类似工程设计和科学研究奠定了一定的理论基础。     

基于EPANET的桐梓隧道反坡排水设计和分析

为提高桐梓隧道反坡排水系统管道水力计算精度,确定排水管道流速和节点水压力分布及水头损失,模拟不同类型水泵组合和排水方式,基于EPANET建立桐梓隧道反坡排水模型,通过控制管道流速和末端水压力,实现对整个排水系统的设备选型和动态模拟.结果表明:与常规计算方法相比,EPANET隧道反坡排水模型在水力计算时考虑了实际高程及局部水头损失,总水头损失计算准确度提高50％以上,设计流速与实际流速一致,并能得出管网系统动水压力分布.可见EPANET可以对不同水泵组合模拟抽水分析,为隧道反坡排水设备选型和水力计算提供参考.     

Three-Dimensional Simulation of Unsteady Flow in a Model Francis Hydraulic Turbine

For Francis hydraulic turbines, unsteady flow caused by vortex ropes in the draft tube leads to a problem of stability in operation. The unsteady flow field ef a model Francis hydraulic turbine was simulated under part-load operation. A sliding mesh model was used to calculate a time-accurate solution for the strong rotor-stator interactions between the runner and guide vanes, and the draft tube. Based on threedimensional incompressible Reynolds averaged Navier-Stokes equations and on a renormalization group k-ε turbulence model, spatial discretizatien was obtained by using the finite volume method with unstructured grid elements, and a second order fully implicit scheme was applied for time. Pressure fluctuations in the draft tube were recorded and analyzed via a fast Fourier transform calculation. The results were compared with the experimental data, and shew that the vertex rope in the draft tube and the induced pressure fluctuations are well simulated.     

伞弹间距对飘带伞弹阻力系数的影响规律研究

在风洞试验结果验证的基础上,通过建立多面体网格,采用有限体积法和SST湍流模型对超音速条件下单独弹体和不同伞弹间距的飘带伞弹进行了数值计算,得到了伞弹间距对飘带伞弹系统阻力系数的影响规律,并根据流场结构对影响机理进行了讨论. 结果表明,伞弹间距存在一个临界距离,对飘带伞弹的阻力系数和流场结构有重要影响,这个临界距离可以通过尾流中湍动能的变化梯度确定.     

移动火源隧道火灾拱顶温度变化规律数值模拟

 为研究动态火源对隧道拱顶温度场分布影响规律,针对隧道中动态火源火灾,在自然通风条件下,静止、40km/h及60km/h等速度的20MW火源在隧道内穿行的火灾过程,采用火灾动力学模拟器Fire Dynamic Simulator(FDS)进行火灾场景的模拟与计算.重点对火源在隧道行进过程中拱顶沿纵向温度分布、温度峰值变化规律及影响因素进行分析.研究结果表明,通风是影响隧道火灾温度的主要因素,移动火源在一定程度上打破了隧道内由于顶棚射流引起的热烟气与冷空气的动态循环机制,活塞风尾段涡流会引起隧道流场变化,一定程度阻碍了燃烧释放热量向火源行进逆向的扩散,并将高温气流带向其运动方向.     

基于重整化群湍流模型的双向轴流泵出水结构研究

双向轴流泵装置是一种特殊的泵站形式．结合某泵站技术改造，运用三维湍流数值模拟技术对其出水结构进行研究．基于定常不可压流体的控制方程和重整化群湍流模型，应用SIMPLEC算法，数值模拟了X型双向流道泵装置三种出水结构方案内三维湍流流场．通过给出计算流速矢量分布图、流速等值线图，直观地显示了出水结构内水流流场情况．分析表明，设计控制参数不合理是导致出水结构内部流态较差的主要原因，不良流态引起水力损失增加．文中依据数值模拟结果，预测出水结构水力损失，并与实验进行了比较，表明通过采用重整化群湍流模型能较好地预测双向泵出水结构的水力性能．重整化群湍流模型在泵装置内特性数值模拟和外特性预测研究方面中有较好的推广价值．     

轴流式水轮机轴向力的试验研究

介绍了模型试验中轴向力的测定、轴流式机组轴向力的一般变化规律、下游水位和机组顶盖补气对轴向力的影响等。提出了导叶全关时机组的负轴向力与下游水位的关系可按费洛德数相等进行原模型换算；机组甩负荷时，顶盖补气能有效地减小抬机力和转速升高；以及在数值计算中应以模型实测轴向力特性为基础建立数学模型计算水轮机动态过程中轴向力的变化规律才能有足够的精度，否则将造成较大的误差而无实用价值。     

一种双吸式血液泵水力设计

为了更好地满足体外循环装置和人工心脏的运行要求,该文采用RANS方法和SSTk-ω湍流模型对一种双吸式血液泵进行了三维定常湍流计算;在详细分析血液泵内部流动特征的基础上,对泵的水力部件如叶轮及压水室进行了设计优化,并探讨了各种设计对血液泵主要运行参数的影响。结果表明:压水室隔舌附近的流道容易出现较大的局部壁面剪切应力,是泵内血细胞容易受到损伤的危险区域;适当增大压水室断面面积有利于提高泵的水力效率;选择较大的叶片出口安放角时血液泵可获得较高的扬程,但采用径向叶片叶轮(出口叶片安放角为90°)时须设法控制流动扩散及其对泵性能的影响;所设计叶轮的平均壁面剪切应力为20～26 Pa,小于损伤血细胞的临界值。