對進/出水口水力特性的分析方法有哪幾種？

對進/出水口水力特性的分析方法有哪幾種？對進/出水口水力特性的分析方法有兩種:一種是模型試驗, 另一種是數值模擬.在本次研究過程中,結合模型試驗與數值模擬,對豎井式進/出水口的水力特征進行分析,其具體分析方法如下:

(1)三維模型試驗.本研究中, 以馬山抽水蓄能電站上庫的蓋板豎井式進/出水口為基礎進行試驗. 模型按重力相似準則(佛汝德準則)進行設計, 采用正態模型.在漩渦和水流環流的試驗中, 原型的雷諾數Re和韋伯數We都很大;在模型試驗中,因粘性力和表面張力對水流漩渦和環流的作用相對較大, 不能忽略其影響.為了盡量減小粘性力和表面張力的影響,提高模型雷諾數Re和韋伯數We.模型試驗中常用的方法是加大模型流量至2.0 ～3.0倍設計流量,以提高模型雷諾數Re和韋伯數We, 便于觀察漩渦運動.



(2)二元切片水流模型試驗.三維的水力物理模型試驗在可視性方面存在不足, 為了彌補這方面的缺陷, 可補充二元切片水流模型試驗.可以比較直觀地了解進/出水口的流態特征, 以便優化進/出水口體型并判別優化后的效果, 為進一步的物理模型試驗和數值計算提供依據.二元切片水流模型按重力相似準則設計,可以選取較大的模型比尺 .馬山切片模型試驗與試驗略有區別,為了模擬軸對稱水流擴散的特征,在平面的垂直面鉆孔,同時控制兩端出流,強迫水流通過垂直面的小孔擴散.流量按重量法標定, 誤差在8%以內.在水泵吸入口摻氣, 以觀察流動狀態.二元切片水流的不足較多, 因此主要用于觀察抽水工況下的主流方向,進行定性描述.

(3)數值模擬.據文獻的介紹, 西龍池豎井三維模型,網格數達到8×10個以上.如果模型稍微復雜一點,例如增加防渦梁等細部結構,網格數將增加較多.個人機上能夠承受的三維模型規模在(2～3)×10個網格, 而10個網格以上的模型需要在并行機上運行,模型調試及計算周期也較長.



缺乏足夠的資料證明三維模型精度可替代物理模型,筆者也尚未看到有關三維模型成功地模擬出水流中的漩渦現象的報道.通過數值模擬與模型試驗比較,筆者發現軸對稱模型的結果能夠初步反映豎井式進/出水口水流的一些主要特征, 模型的網格數可以控制在10個以下.無論是建模的難度和計算效率, 三維模型遠高于二維模型.雖然二維軸對稱多模型描述比三維模型要粗糙,但是,綜合效率、精度等方面因素,建議采用二維軸對稱RNGk-ε模型對抽水工況下的水流進行數值模擬,而在時間和經費許可的情況下進行三維模擬.

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