东坪水电站进水口水流条件改善数值模拟研究

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电站进水口位于电站引水系统的首部,是电站的重要组成部分。电站运行时需保证进水口水流平顺、进流均匀及流态平稳,避免产生有害的吸气漩涡,并尽量减小水头损失,以提高发电效益。水头损失对水电站机组的设计出力有较大的影响,而低水头水电站的问题更为突出。因此,研究电站进水口的水力特性,优化进水口的体型,保证电站安全高效运行具有重要意义。  东坪水电站位于资水中下游,运行近9年,电站发电时发现进水口斜坡水域出现严重的漩转水流、横向流、强烈漩涡等恶劣流态,对导墙、拦沙坎、边坡岸线等边界条件进行改变,寻求整治优化方案,利用数值模拟软件,通过多工况模拟,从进水口水流流态、水头损失、流速分布等水力特性进行比较分析,提出水工建筑物优化整治方案建议。  主要研究内容如下:  (1)根据实际资料,采用ANSYS ICEM CFD建立该水电站相关库区、进水口前缘全部地形、进水口及水电站全程流道、下游局部区域等范围的三维整体模型;  (2)将现状模型导入FLUENT对其进行各种不同运行工况的三维数值模拟,验证模拟流态与原型流态的相似性,分析水电站运行现状下电站引水渠内产生漩转水流、横向流、强烈漩涡等恶劣流态的原因;  (3)为了改善现状条件下电站引水渠内的恶劣流态,对导墙、拦沙坎、边坡等边界条件进行改变,提出导墙长度、导墙高度、边坡、拦沙坎高度和导墙、拦沙坎联合高度等五组方案。通过多个方案的模拟比选,综合比较各模拟流态的横向流、斜向流、斜坡区域漩转水流、漩涡位置、强度及面积等情况,提出水能充分利用的水工建筑物优化整治方案;  (4)在水工建筑物优化布置方案下,建立数学模型,分析改变水工建筑物布置形式对行洪的影响。  模型进水口初始流速的选取应采用现场测定的断面不同高程不同部位的真实流速作为初始条件,进行进一步的模拟研究,数值模拟对大坝复杂的边界条件、河床糙率等做了许多简化,要获得可供工程使用的优化方案,需进一步通过物理模型试验研究相互验证。
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