敦化抽水蓄能电站上水库进2f出水口水力学数值模拟

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1、第一章绪论第一章绪论1．1抽水蓄能电站发展概况与前景一百多年前，世界上第一座抽水蓄能电站诞生于瑞士苏黎世。早期抽水蓄能电站的主要作用是调节常规水电站发电的季节性不均衡，大多数讯期蓄水，枯水期发电【lJ。到了二十世纪六七十年代后，工业发达国家的抽水蓄能电站得到迅速的发展，美国的抽水蓄能电站装机容量跃居世界第一，电站也逐步向可逆式、高水头、大容量的方向发展。进入二十世纪九十年代后，日本取代美国成为世界上抽水蓄能电站装机容量最大的国家，全世界抽水蓄能电站装机容量也由七十年代的640万Kw增至7000万Kw。此外，世界上许多国家

2、都在发展大容量的抽水蓄能电站。迄今为止，很多国家的抽水蓄能电站总装机容量已占常规水电容量的较大比例，如美国抽水蓄能机组占全国装机的比重超过2％，英、法等国均超过4％，日本超过10％。与欧美、日本等发达地区和国家相比，我国的抽水蓄能电站发展起步较晚，第一座抽水蓄能电站是建于1968年的河北岗南混合式抽水蓄能电站【21。进入二十世纪九十年代，国内抽水蓄能电站才得到全面快速的发展，兴建了广州抽蓄一期、北京十三陵、浙江天荒坪等一批大型抽水蓄能电站。“十五”期间，又相继开工了张河湾、西龙池、白莲河等一批大型抽水蓄能电站。截至200

3、6年底，全国抽水蓄能电站投产规模达到764．5万kw，同比增长22．4％，约占全国发电装机总容量的1．3％，约占世界抽水蓄能电站总规模的7％左右。抽水蓄能机组具有水电设备起停快速和调节灵活的优点【31。随着我国经济社会的快速发展，为满足用户对电力供应安全和质量要求的不断提高，发挥抽水蓄能电站的动态效益，建设适当比例的抽水蓄能电站显得十分必要。从我国今后电源发展看，预计2020年我国的发电装机将达到13亿kw以上，从系统经济性和安全性的角度考虑，系统需要配置3％一5％的抽水蓄能电站，因此，到2020年我国需要建第一章绪论设

4、4000万一6000万kw的抽水蓄能电站。I．2抽水蓄能电站侧式进／出水口水力特性抽水蓄能电站兼顾抽水和发电两种工况，上水库和下水库的进／出水口具有双向水流的特性，因此，进／出水口在体型的设计上应该加以重视，合理的进／出水口体型不仅可以保证电站稳定运行，而且可以提高电站的运行效率。设计合理的进／出水口体型应满足：(1)在各个运行水位下，进流时，应保证水流能够均匀进入各孔口，拦污栅处流速分布均匀，整个进／出水口段不能产生有害的漩涡运动，尤其是吸气漩涡；出流时，各孔口水流应该均匀扩散，各孔孔间流量分配差别不超过10％，进／出

5、水口处流速分布均匀，扩散段盖板下部不存在水流分离区。(2)进／出水口的水头损失在出流和入流工况下都应该达到最小，这样就保证了无论是抽水还是发电工况，电站的运行效率都能达到最优。(3)为了避免拦污栅发生振动破坏，各孔口流速不均匀系数(拦污栅断面最大流速与拦污栅断面平均流速的比值)应尽量减小，并且各孑L口断面不产生反向流速。1．3国内外相关问题的研究进展纵观各种文献，国内外学者研究抽水蓄能电站进出水口体型时，主要采用模型试验和数值模拟两种方法。抽水蓄能电站研究初期以物理模型试验为主，模型试验的优点在于针对性强、数据较准确。随

6、着计算流体动力学(computationalfluiddynamics，简称CFD)不断成熟，数值模拟的应用也越来越广泛。数值模拟可以在消耗较少财力和物力的情况下，模拟多种工况甚至多种体型的运行情况，而且可以比较全面地了解整个流场的变化情况。回顾这些研究，无论是利用物理模型试验还是计算机数值模拟，都取得令人满意的成果。(1)叶飞【4】对西龙池抽水蓄能电站下水库侧式进／出水口进行了物理模型试验研究。试验发现，不同运行水位的抽水和发电工况下，孔口附近流速分布基本相同，第一章绪论多个进／出水口同时运行时，其相互影响不大；同一进

7、／出水口水头损失系数和孔13流速不均匀系数在发电工况下较大，抽水工况下较小；整流段对水流调整起至关重要的作用，整流段长度应当足够长以调整因水流扩散而形成于扩散段末端顶部的回流。(2)蔡付林、胡明、张志明等[5】应用物理模型试验研究了侧式进／出水口分流墩与进／出水口水力性能之间的关系。通过物理模型试验，研究比较分流墩形状及其布置方式对进／出水口各孔流道中流量分配、流速分布和水头损失系数的影响。针对某抽水蓄能电站运行水位变化幅度较大的特点，拟定多个试验方案，对每个方案在各个特征水位下抽水与发电工况进行了模型试验，并对各个方案

8、的水力特性进行对比。试验结果表明，分流墩的形状和位置会很大程度上影响侧式进／出水口的水力特性。(3)黄智敏、何小惠、朱红华等【6】结合广州抽水蓄能电站下库进／出水13，进行了水工模型试验。试验研究了进／出水口水头损失、流速分布、进／出水口漩涡问题以及流量分配等方面，并对原体型进行了优化。(4)张从联、朱红华、钟伟强等