浅析水电站虹吸式进水口工作过程cfd模拟

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1、第32卷第4期水利水电科技进展2012年8月Vo1．32No．4AdvancesinScienceandTechnologyofWaterResourcesDOI：10．3880／j．issn．1006～7647．2012．04．003水电站虹吸式进水口工作过程CFD模拟侯才水，陈龙2，王志寰2(1．福建水利电力职业技术学院水利工程系，福建永安366000；2．武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉430072)摘要：采用lING一e湍流模型和CFD软件对水电站虹吸式进水口的虹吸形成过程(含抽真空过程)和虹吸破坏过程进行数值模拟研究，分析了虹吸管道内压强、流速、水

2、气界面的分布及其变化情况。研究结果表明：虹吸式进水口工作过程中驼峰顶部的压强值最低；抽真空速度与压力波动幅度成正比；虹吸破坏后驼峰两侧水体平稳性存在较大差异。关键词：水电站；虹吸式进水口；工作过程；CFD模拟中图分类号：TV732．1文献标志码：A文章编号：1006—7647(2012)04—0010—04CFDsimulationofoperatingprocessin~phonintakeofhydropowerstation／／HOUCai—shui，CHENLonf，WANGZhi—huan2(1．DepartmentofHydraulicEngineering，Fuj

3、ianCotlegeofg／aterConservancyandElectricPower，Yong’an3660130，China；2．StateKeyLaboratoryofResourcesandHydropowerEngineeringScience，WuhanUniversity，Wuhan430072，China)Abstract：Thesiphonformationprocess(includingthevacuumprocess)andfailureprocessinthesiphonintakeofahydropowerstationweresimulated

4、withanRNGk一￡turbulencemodelandCFDsoftware．Thedistributionofthepmss~e，velocity，andair_waterinterfacewithinthesiphonpipeswereanalyzed．Theresultsshowthat：thevalueofthepressureiSthelowestatthetopofthehumpduringtheoperatingprocess；thevacuumpumpingspeedisdirectlyproportionaltothefluctuationrangeof

5、pressure；andthestabilityofwateronbothsidesofthehumpisquitediferentafterthesiphonfailure．Keywords：hydropewerstation；siphonintake；operatingprocess；CFI)simulation虹吸是一种复杂的非稳态多相流现象，在流体验分析了几种方案下虹吸道内的流态；文献[10]通机械、给排水、水处理、医学等各个领域均有广泛的过模型试验，探讨了虹吸式进水口工作过程中的水应用。水电站虹吸式进水口是虹吸现象在水利工程力特性，总结了若干试验公式。理论计算不能得到

6、中应用的一种重要形式，具有结构简单、运行稳定、非恒定两相流不同位置处的压强和流速，经验公式操作方便、投资少、效益高且水流泥沙含量低等优往往引入较大的安全度，增加了工程量，而模型试验点，特别适用于多泥沙河流上的小型水电站和泵站。费时费力且存在比尺效应问题_1，CFD模拟可有效虹吸式进水口设计是否合理取决于两个标准：一是弥补上述研究手段的不足。形成真空所需时间短；二是虹吸破坏时断流过程安本文应用CFD软件Flow3D对水电站虹吸式进全可靠。水口的虹吸形成过程(含抽真空过程)和虹吸破坏过目前，水电站虹吸式进水口设计研究的方法主程两个关键过程进行模拟研究，得到虹吸管道内压要是理论分析结

7、合工程经验和模型试验，应用数值强、流速、水气界面的分布和变化情况，为虹吸式水模拟方法对其工作过程进行研究的例子相对较少。电站的设计研究及安全稳定运行提供依据。文献[1-4]针对虹吸理论及其工程应用进行研究；文1数学模型及计算方法献[5—7]依据流体力学知识和以往工程经验，考虑自身工程的具体情况，设定了虹吸式进水口的体型和1．1湍流模型参数；文献[8]总结了确定虹吸式进水口结构形式、目前工程中应用最广泛的湍流模型是RANS主要参数、流道尺寸、进水口淹没深度和渐变段形式k-s模型，其计算量适中且