豎井式進/出水口

彎道后的水流調(diào)整不好,可導致進/出口存在嚴重偏流和水頭損失增大.為了保證豎井式進/出水口的配水均勻性和水力穩(wěn)定,采用三維RNG k-ε紊流模型,對某抽水蓄能電站上水庫蓋板豎井式進/出水口進行了數(shù)值模擬,并進行了模型試驗驗證.重點對比研究了豎井擴散段采用橢圓曲線與漸擴錐管兩種形式在抽水工況出流時的流動特性.計算結(jié)果顯示,漸擴錐管的配水均勻性和穩(wěn)定性均好于橢圓曲線擴散管的.對比分析了彎道后漸擴錐管擴散角分別為4.3°,5°和7°時的配水均勻性,計算結(jié)果顯示豎井式進/出水口應(yīng)盡可能控制擴散段的擴散角,防止出現(xiàn)偏流;在彎管段后的擴散段的擴散角宜小于4.5°.采用物理模型對推薦體型進行了驗證,模型試驗顯示按照推薦體型設(shè)計的進/出水口配水均勻,雙機抽水工況下總水頭損失系數(shù)為0.48;雙機發(fā)電工況下,總水頭損失系數(shù)為0.33.

采用小孔擴散方式所建立的軸對稱二維切片模型和二維軸對稱數(shù)值模型,對抽水工況的出流特性和尾流的水流擺向進行了研究.試驗與數(shù)值模擬結(jié)果顯示,抽水工況下出流可視作射流,水流擺向與水位有一定關(guān)系,高水位時擺向河床,低水位時擺向水面;三維模型對比試驗顯示,抽水工況下采用防渦板結(jié)構(gòu)時的進/出水口水頭損失系數(shù)可達0.61,而無防渦梁、階梯防渦梁和水平防渦梁等3種結(jié)構(gòu)的水頭損失系數(shù)范圍為0.44~0.48;發(fā)電工況下水頭損失系數(shù)均接近0.40.試驗結(jié)果顯示,豎向擴散段的擴散角小于9°時能保證配水均勻.采用2~3倍發(fā)電流量觀察發(fā)電工況時漩渦的形成,試驗顯示漩渦的變化特征隨水位發(fā)生變化:高水位時在進/出水口頂蓋上部形成單一的漩渦;當水位降低到一定程度后,大環(huán)流轉(zhuǎn)化為若干個漩渦,漩渦數(shù)量與導流墩數(shù)量相同.兩個進/出水口同時運行時,環(huán)流之間相互干擾,可能形成一順一逆環(huán)流.