文档介绍：水利水电技术第卷年第期
水电站尾水管隔墩结构与水力
联合优化研究
王海军,张修磊
天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津
摘要:采用非线性紊流模型和—五参数破坏模型分别模拟弯肘形尾水管水
流状态和混凝土材料,并使用语言编制了尾水管隔墩的结构和水力联合优化程序。使用该
程序对一河床式水电站尾水管技术改造进行分析,得到了隔墩下移的较优值,为工程设计提供了
可靠的数值依据。
关键词:水电站;尾水管;隔墩;联合优化;紊流模型
中图分类号:. 文献标识码: 文章编号:.——
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计是将两部分分开考虑,因此如何将两者有机地
研究背景
结合,寻找共同的平衡点,将会对尾水管的设计产
水电站尾水管是反击式水轮机过流通道的最后生重要的影响。文中结合一水电站尾水管技术改
部分,其结构形式对水轮机的运行效率有很大的影造,在尾水管隔墩的结构与水力联合优化方面进行
响,而且在很大程度上还影响着厂房基础的开挖范了一些有益的尝试。
围和下部块体混凝土的尺寸。工程上常用的尾水管
非线性紊流模型
有直锥形、弯锥形和弯肘形种型式,前两种适用
于小型水轮机,后一种适于大中型水轮机。弯肘根据水电站的运行特点,尾水管内水流为旋转流
形尾水管是由进口直锥段、肘管和出口扩散段部
分组成,当出口扩散段宽度过大时,一般要加设隔
收稿日期:.—
墩。隔墩的存在一方面阻挡了水流,从而造成能量
基金项目:国家自然科学基金青年科学基金;教育部博士
的损失;另一方面,隔墩可以改变水流的形态,改点新教师基金;教育部“长江学者和创
善水流条件,同时还提高了结构的可靠度。隔墩的新团队发展计划”创新团队。
设计主要受结构和水力两方面的影响,而传统的设作者简介:王海军一,男,江西萍乡人,副教授。
.
王海军,等∥水电站尾水雷隔墩结构与水力联合优化饼究
动,计算中选用非线性模型,以下将对其进的椭圆表达式;第二,按二次抛物线来近似拉伸和压
行详细阐述。缩子午线。
紊流的连续方程不可压缩流体由于偏平面的对称性,所以只考虑。≤≤
。。和为偏平面的这一部分提出了
:
一个椭圆近似。一般认为椭圆形式是最合适的,因
式中, 为流速。为它可以满足对称、光滑和外凸的特征要求。表达
用五代入式,并进行时间平均,得式如下
和型: 邶:盟
:
‘
紊流的运动方程——雷诺方程当: 时,:;当。时,,
不司压缩粘性流体的—方程为分别为同一偏平面上拉、压子午线点至静水压力轴的
距离。
垫
——￡十,——一——一十——十. 、拉、压子午线的方程分别为
.
用五、代人上式并整理得
。。,
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一一.—,—一——老二\/誊—。—。。。, 。
式中,为质量力;为密度; 动力粘滞系数;//
运动粘滞系数。式中有个参数,即。、、:和。、、
式即为不可压缩紊流时均流动的运动方程, ,但拉、压子午线在静水压力轴上相交于一点,独
也称为雷诺方程。立参数减为个。破坏包络面的形状是一个椭圆组合
后方程截面的抛物形曲面。
差毒一优化模型的建立