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抽水蓄能电站竖井式进/出水口数值模拟

刘健  
【摘要】:随着我国国民经济的飞速发展,全国各地电网容量不断增大,解决电网的调峰容量已成为当前电力生产中的紧迫问题,开发大型抽水蓄能电站是缓解这一问题的有效途径。 抽水蓄能电站进水口和出水口是合一的,简称进/出水口。上库的进/出水口在发电时为进水口,在抽水时为出水口;下库的进/出水口在发电时为出水口,在抽水时为进水口。抽水蓄能电站的是电站输水系统的重要组成部分,其设计的好坏,不仅关系到工程的造价,而且更重要的是直接影响整个电站的运行性能、安全和效益。 西龙池抽水蓄能电站上水库拟采用盖板竖井式进/出水口,国内抽水蓄能电站中较少采用此种方式。由于这种进/出水口的水力特性非常复杂而且国内外的参考实例较少,所以非常有必要对西龙池抽水蓄能电站进/出水口的水力特性作深入细致的分析。这在工程实践和理论研究上都很有意义。 目前,对进/出水口水力特性的分析方法有两种:一种是物理模拟,另一种是数值模拟。数值模拟的最大优点在于消耗的财力和物力少,而且能比较全面地了解整个流场中的每一个点随时间和空间变化的情况。应用比较广泛的数学模型之一是k-ε紊流数学模型,简称k-ε紊流模型。 本文将利用k-ε紊流模型对西龙池抽水蓄能电站上水库盖板竖井式进/出水口抽水及发电两种工况进行数值模拟。 为研究抽水工况出流、发电工况进流时的均匀性,利用二维k-ε紊流模型,通过改变弯道段体型,分析不同弯道段体型时孔口出流和进流的均匀性、流速分布等流动特性,指出弯道段设计对出流均匀性起重要作用。数值计算结果得到了物理模型试验结果的验证。经分析比较,推荐了较优弯道段体型。 为研究抽水工况出流及发电工况进流时竖井扩散段、孔口附近的流动特性,以及探讨抽水工况下孔口处反向流速的成因。利用三维k-ε紊流模型,重点模拟了竖井扩散段、进/出水口附近的流动情况,包括水头损失、压力分布、及流速分布等。孔口流速分布的数值计算结果与物理模型试验结果比较表明,数值计算较好地模拟了实际情况。在现有设计方案进/出水口体型的基础上,对进/出水口的体型进行了优化。通过对12种不同体型模拟结果的分析,提出了优化进/出水口的建议。


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