三峡地下电站变顶高尾水洞水力过渡过程数值模拟

【摘要】：近十几年来,水力过渡过程数值模拟己成为水利水电工程设计中不可或缺的有力工具。它广泛应用于水轮机过流部件的水流运动分析、集合参数优化和能量损失预测等方面,从而部分地取代模型实验,节省大量的时间、人力和物力。 变顶高尾水洞是一种新型的水电站管道体型,它在特定条件下能够取代尾水调压室,尤其适用于下游水位变幅大、尾水系统长度在150—600m之间的情况,从而节省较多的工程量,加快施工进度。但是,变顶高尾水洞内存在较为复杂的流态明满交替流,使水电站过渡过程中可能产生较大的压力脉动,对水电站的安全稳定运行存在一定影响。 本文以三峡右岸地下电站尾水洞设计为背景,从工程实际出发,阐述了变顶高尾水洞的工作特性、使用范围及其研究现状;详细论述了适用有压流的特征线法、适用明满交替流的普里斯曼解法等数学模型;边界条件的给定和明满交替流的计算方法;用Fonran语言编制了数值计算程序,对三峡右岸地下电站变顶高尾水洞的大波动工况进行了数值模拟,分别得出了在设计工况、校核工况和叠加工况下蜗壳末端最大压力上升值、机组最大转速上升值和尾水管进口最大真空度等重要参数;对数值计算结果进行了详细分析并得出了有价值的结论;最后展望了今后水电站变顶高尾水洞的研究方向。