芝瑞抽水蓄能电站竖井式进-出水口水力特性研究

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1、芝瑞抽水蓄能电站竖井式进/出水口水力特性研究StudyonHydraulicCharacteristicsoftheVerticalPipeInlet/OutletofZhiruiPumpedStoragePlant工程领域：水利工程作者姓名：王晨茜指导教师：张晨副教授企业导师：王英伟教高天津大学建筑工程学院二零一七年十二月摘要随着我国经济发展和能源结构的改革，电力系统的用电需求从质和量上都有更高要求，解决电网调峰容量已成为电力系统的紧要任务。抽水蓄能电站具有调峰填谷、调频调相、事故备用和黑启动的功能，符合电力系统的需求。进/出水口是抽水蓄能电站的重要组成部分，其水力特性的优

2、劣直接影响到电站运行的安全和效益。本文通过数值模拟方法，对竖井式进/出水口水力特性进行了研究。（1）建立了竖井式进/出水口数学模型，将数值模拟成果与模型试验成果对比分析，验证了数值模拟方法合理性。（2）对芝瑞竖井式进/出水口设计体型，在抽水和发电工况下进行了模拟。抽水工况（出流），设计体型拦污栅断面反向流速范围过大，反向流速区高度在1.5m范围内；各孔间流量分配不均匀，流量分配在10.31%～14.61%之间。发电工况（进流），设计体型水力特性较好。（3）优化体型在设计体型基础上，将等径弯道调整为渐缩弯道并通过渐变段与隧洞连接。计算结果表明，渐缩弯道和渐变段可以有效调整弯道内

3、水流，降低孔口拦污栅断面反向流速区高度，改善各孔间流量分配。优化体型反向流速区高度在0.9m范围内，流量分配在10.71%～13.82%之间，较设计体型水力特性有明显改善。在抽水工况、发电工况和组合工况下，研究了不同运行方式对两个进/出水口水力特性的影响。（4）针对竖井式进/出水口在拦污栅断面和扩散段内的流动分离现象，分别研究了扩散段的扩散比和雷诺数Re对流动分离现象的影响。研究成果为竖井式进/出水口流动分离的研究提供了参考。关键词：芝瑞抽水蓄能电站，竖井式进/出水口，水力特性，数值模拟，流动分离IABSTRACTWiththeeconomicdevelopmentinour

4、countryandthereformoftheenergycomponent,theurgenttaskhasbeentosolvetheproblemofpeakingcapacityinordertomeettheconsumers’srequirements.Thepumpedstorageplanthasabilitytofillvalleyandmodulatepeak,frequencymodulation,emergencyreserveandblackstart,whichsatisfiestheneedofpowersystem.Thehydraulicc

5、haracteristicofinlet/outlethasgreateffecttopumpedstorageplantasanimportantcomponent.Inthispaper,thehydrauliccharacteristicsoftheverticalpipeinlet/outlethasbeenstudiedthroughnumericalsimulation.(1)Themathematicalmodelofverticalpipeinlet/outletwasdeveloped.Thenumericalsimulatioinresultsandmod

6、eltestresultswerecomparedandanalyzedtoverifytherationalityofnumericalsimulationmethod.(2)ThedesignshapeofZhiruiverticalpipeinlet/outletwassimulatedduringpumpingmodeandgeneratingmode.Inpumpingmode(outflow),therewaslargeareaofreverseflowwhichheightwasintherangeof1.5minthesectionoftrashracks.T

7、heflowdistributionwasintherangeof10.38%~14.68%.Ingeneratingmode,thehydrauliccharacteristicsofdesignshapewasgood.(3)Theoptimizedshapereplacedthebendofequaldiameterwithabendofgradualcontractionandatransitionsectionbasedonthedesignshape.Theresultsshowthatth