分析水电站尾水管隔墩结构与水力联合优化研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com水利水电技术第42卷2011年第1O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300072)摘要：采用Girimaji非线性紊流模型和Willam—Warnke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APDL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

2、类号：TV734．1文献标识码：A文章编号：1000．0860(2011)10—0097—04StudyoncombinedstructuralandhydraulicoptimizationfordividingpierofelbowdrafttubeofhydropowerstationWANGHaijun，ZHANGXiulei(StateKeyLaboratoryofHydraulicEngineeringSimulationandSafety，TianjinUniversity，Tianjin300072，China

3、)Abstract：BasedonGirimajinon—linearturbulencemodelandWilliam-Wamke5-parameterfailuremodel，boththeflowregimeandconcretematerialoftheelbowdrafttubearesimulated，andthenacombinedstructuralandhydraulicoptimizationprogramforthedividingpierofelbowdrafttubeiscompiledwithANS

4、YSParametricDesignLanguage(APDL)．Whentheprogramisappliedtothecalculationforthetechnicalimprovementonthedrafttubeofahydropowerstationinfiverchannel，notonlyabettervalueforthemove—downofthepierisobtained，butalsoareliabledatabasisismadefortheengineeringdesignoftheprojec

5、t．Keywords：hydropowerstation；drafttube；dividingpier；combinedoptimization；turbulencemodel计是将两部分分开考虑J，因此如何将两者有机地1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。

6、工程上常用的尾水管2Girimaji非线性紊流模型有直锥形、弯锥形和弯肘形3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3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：2011．07—25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(50909072)；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(20090032120082)；教育部“长江学者和创善水流条件，

7、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(IRT0851)。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(1978一)，男，江西萍乡人，副教授。WaterResourcesandHydropowerEngineeringVol42No．10学兔兔www.xuetutu.com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Girimaji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

8、以只考虑0。≤0≤60。。Willam和Warnke为偏平面的这一部分提出了：0(1)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U=五+代入式(1)，并进行时间平均，得式如下0和型：0邶：盟(8)：(2)Ox‘Ox